Pression de vapeur saturante en fonction de la température de l`air

Introduction aux Sciences de l’Atmosphère
Exercices No. 3
1
Théorie, Matière à Réflexion et Problèmes
Humidité de l’air, saturation et formation de Cumulus
1-
La pression de vapeur saturante de l’eau, notée es, est la pression à laquelle la vapeur d’eau est en équilibre
avec sa phase liquide ou solide. Il s’agit d’une quantité qui dépend exclusivement de la température (T).
Quand la pression partielle de la vapeur est égale à la pression de vapeur saturante, les phases gazeuse,
liquide ou solide sont en équilibre. Par ailleurs, la température du point de rosée, TD, est la température à
laquelle, tout en gardant inchangées les conditions de pression de l’air, ce dernier devient saturé de vapeur
d’eau. Elle peut aussi être définie comme étant la température à laquelle la pression de vapeur serait égale
à la pression de vapeur saturante. Si la pression partielle de la vapeur dépasse la pression de vapeur
saturante, il y a donc liquéfaction ou condensation. À partir d’une situation d’équilibre, cela peut se faire en
augmentant la pression partielle de vapeur ou en diminuant la pression de vapeur saturante, c’est-à-dire en
diminuant la température. Dans le tableau qui suit, vous trouverez es = f (T).
Pression de vapeur saturante en
fonction de la température de l’air
Tair (°C)
es (hPa)
-18
-15
-12
-9
-7
-4
-1
0
2
4
7
10
13
16
1.5
1.9
2.4
3.0
3.7
4.6
5.6
6.11
6.9
8.4
10.2
12.3
14.8
17.7
Tair (°C)
18
21
24
27
29
32
35
36.5
38
41
43
46
49
52
es (hPa)
21.0
25.0
29.6
35.0
41.0
48.1
56.2
61.0
65.6
76.2
87.8
101.4
116.8
134.2
(Source : Ahrens, 1994)
Lors d’une froide matinée neigeuse, la température de l’air extérieur ainsi que celle du point de rosée sont
de -7°C. Si cet air est amené à l’intérieur d’un bâ timent et chauffé à 21°C, quelle sera l’humidité re lative s’il
n’y a pas de sources ni de puits d’humidité à l’intérieur de ce bâtiment ?
Enseignants : Stéphane Goyette & Marjorie Perroud
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La hauteur de la base d’un nuage de type Cumulus peut être estimée lorsque la température de l’air et la
température du point de rosée sont connues. Si le vent est faible, nous présumons que la dissipation de la
convection n’est pas trop importante. Puisque la température de l’air sec décroît dans la verticale à raison
d’environ 10°C par kilomètre et la température du p oint de rosée d’environ 2°C par kilomètre, les
températures de l’air et du point de rosée se rapprochent donc d’un taux de 8°C km
-1
avec l’altitude. De l’air
ascendant en surface possédant un écart de 8°C entr e T et TD, produira un état de saturation de l’air et la
génération d’une masse nuageuse à 1000 m. D’autre part, une différence T - TD de 1°C en surface produira
un nuage à 125 m au-dessus de cette surface. Par conséquent, en connaissant la différence T - TD et en la
multipliant par 125, il est donc possible d’estimer l’altitude en m de la base d’un nuage convectif à partir de
l’expression suivante :
H mètres
= 125 × (T − T D )
(1)
Pour lesquelles de ces conditions (T, TD) observerait-on la base d’un Cumulus la plus élevée au-dessus du
sol ?
a- (35°C, 14°C) ; b- (30°C, 19°C) ; c- (34°C, 9°C)
; d- (29°C, 7°C) ; e- (32°C, 6°C)
Si la hauteur d’un cumulus est de 1000 m au-dessus de la surface du sol et la température du point de rosée
en surface sous le nuage de 20°C, quelle est alors la température de l’air en surface sous le nuage ?
Turbulence et pollution de l’air
3-
Lequel de ces sites (A, B, ou C) serait, de façon pratique, le meilleur site pour l’implantation d’une éolienne ?
Et le pire site ? Expliquez.
Vent dominant
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3
Dans le meilleur des cas, quel serait le moment de la journée le plus adéquat pour qu’un paysan brûle ses
déchets ? Expliquez pourquoi vous avez choisi ce moment particulier.
5-
Pourquoi les épisodes de pollution intense sont-ils plutôt associés à des inversions thermiques de
subsidence atmosphérique qu’à des inversions de type radiative ?
Diagramme aérologique et thermodynamique atmosphérique
6-
(En traitillé noir, le rapport de mélange)
Sur l’émagramme présentant le sondage de Payerne à 12UTC du 28 avril, quelles informations peut-on lire
quant à la pression, la température et la température du point de rosée au sol ? Quelle est la provenant du
vent et quelle est sa vitesse au sol (en km/h)?
En rencontrant un relief escarpé, une particule d’air peut être amenée à s’élever. Suivant l’état de saturation
de la particule, celle-ci va s’élever en suivant une adiabatique sèche ou une pseudo-adiabatique. En
supposant la présence d’une montagne à proximité de la station aérologique, tracez approximativement le
parcours d’une particulaire d’air sèche soulevée adiabatiquement depuis le sol. À quel niveau de pression
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verrait-on la formation de nuages ? À quel niveau de pression cette particule redeviendrait plus chaude que
son environnement ?
Référence citée
Ahrens, C. D. : Meteorology Today: an introduction to weather, climate and the environment. West Publi. Co.,
th
Minneapolis, 1994 (5 Ed), 591 pp.
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