Cours 7

Les processus
thermodynamiques amenant à
la sursaturation de l ’air et à
la formation de nuage ou brouillard
Saturation et condensation par
apport de vapeur d ’eau
Brouillard d ’évaporation: de l ’air froid se
déplace sur des étendues d ’eau liquide.
Le brouillard ainsi formé est peu épais
à moins que d ’autres facteurs interviennent.
Un phénomène analogue se produit au sein
d ’une couche d ’air traversée par des
précipitations qui s ’évaporent partiellement
Brouillard d ’évaporation
Considérons, dans les basses couches atmosphériques,
des particules d ’air humide, non saturé, en contact
avec une étendue d ’eau liquide:
Air: Tair, p, r, e
Eau: Teau
1) Tair > Teau
e < es(Teau) < es(Tair)
Quand e = es(Teau)
l ’évaporation s’arrête
Pourquoi ?
Conclusion : e < es(Tair)
Il n ’y aura pas de brouillard !
Brouillard d ’évaporation
Air: Tair, p, r, e
e < es(Tair) < es(Teau)
L ’air devient saturé quand
Eau: Teau
e = es(Tair) < es(Teau)
2) Tair < Teau
L ’évaporation continue, puisque
il y a un gradient de pression de
vapeur
Il y aura du brouillard !
Procédé isobarique et adiabatique
Ce qu ’il faut savoir:
Isobarique
dp  0
Adiabatique
q  0
dh  0
Procédé isenthalpique
Chaleur latente et enthalpie: lv  hv  hw
Lois de Kirchhoff:
 dlv 

  c pv  cw
 dT  p
Procédé isobarique et adiabatique
Système thermodynamique
État initial: T, p, m, mv, mw
dh = 0
État final: T ’, p ’, m, m ’v, m ’w
Équation du procédé: démonstration
Procédé isobarique et adiabatique
Équation qui relie les variables d ’état initiales
et finales.
lv  T ' r '
lv T  r
T '
T 
c pd  rt cw
c pd  rt cw
mt  mv  mw
mv  mw
rt 
md
Procédé isobarique et adiabatique
Avec les approximations habituelles
lv  T ' r '
lv T  r
T '
T 
c pd  rt cw
c pd  rt cw
lv
lv
T '
r'T 
r
c pd
c pd
Température du thermomètre mouillé
lv r '
lv r
T '
T 
c pd
c pd
r '  rs
lv
lv
Tw 
rs Tw   T 
r  const.
c pd
c pd
Température du thermomètre mouillé
lv
Tw  T 
r  rs Tw  

c pd
La température du thermomètre mouillé est la
température à laquelle l ’air peut être refroidi, en
y évaporant de l ’eau à pression constante et sans
échange de chaleur avec l ’environnement, jusqu ’à
ce que l ’air soit saturé.
Pseudo température du thermomètre
mouillé ( le téphigramme ) Taw
p = 850 mb
T = 10 °C
r = 5 g/kg
On utilise l ’adiabatique saturée:
Taw = 6 °C
1) pour une particule à un niveau donné et point de
rosée donné,soulevez adiabatiquement la particule
jusqu ’à saturation.
2) Descendez-la maintenant selon
l ’adiabatique saturée jusqu ’au niveau initial
de la particule.
Pseudo température du thermomètre
mouillé ( le téphigramme ) Taw
Questions
1) Décrivez le processus thermodynamique qu ’on
vient de faire dans le T.
2) Quelle est la température la plus élevée:
Tw ou Taw ? Pourquoi?
3) Quelle est la température potentielle du
thermomètre mouillé?
Température équivalente Te
lv  T ' r '
lv T  r
T '
T 
c pd  rt cw
c pd  rt cw
r'0
lv
Te  T 
r  constante
c pd
Température équivalente Te
lv
Te  T 
r
c pd
La température équivalente est définie comme la
température que l ’air humide atteindrait si cet air
était complètement séché par condensation de toute
la vapeur d ’eau suivant un processus isentalpique
Pseudo température équivalente Tae
p = 850 mb
T = 10 °C
r = 5 g/kg
Tae = 23,5 °C
1) Pour une particule à un niveau donné et point de
rosée donné,soulevez la particule jusqu ’à saturation.
2) Continuez le soulèvement selon une adiabatique
saturée jusqu ’au niveau où cette courbe a la même
pente que les adiabatiques sèches.
3) Redescendez jusqu ’au niveau de pression original
en suivant une adiabatique sèche.
Pseudo température équivalente Tae
Questions
1) Décrivez le processus thermodynamique qu ’on
vient de faire dans le T.
2) Quelle est la température la plus élevée:
Te ou Tae ? Pourquoi?
3) Quelle est la température potentielle
équivalente?
Représentation d ’un processus
isenthalpique (diagramme eT)
lv
lv
T
r  Tw 
rs Tw 
c pd
c pd
r
e
p
rs 
 es
p
lv  e
lv  es
T
 Tw 
c pd p
c pd p
Représentation d ’un processus
isenthalpique (diagramme eT)
lv  e
lv  es
T
 Tw 
c pd p
c pd p
e  es Tw  
pc p
lv
T  Tw 
Représentation d ’un processus
isenthalpique (diagramme eT)
e  es Tw  
pc p
T  Tw 
lv
pc p
e  es Tw   
T  Tw 
lv
Page 13: notes de cours
Enrico Torlaschi
Représentation d ’un processus
isenthalpique (diagramme eT)
e  es Tw   
pc p
lv
T  Tw 
Refroidissement de l ’air par
évaporation de la pluie
L ’effet de température
du thermomètre mouillé
est la principale cause de
la chute de température
observée lorsque la
précipitation commence.