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L'humidité de l'air et les phénomènes qui s'y rattachent sont à la fois très simples et très complexes à présenter, surtout à un public aussi varié que celui d'une Fête de la Science.
Ce qui suit n'est pas une méthode et encore moins un exposé, c'est plutôt un vade-mecum dans lequel celui qui entreprendra de présenter ce sujet devrait trouver quelques idées. Ce thème était celui que nous proposions à Montbéliard lors de la Fête de la Science 2014.
Matériel
Cette liste est une simple suggestion,
on y ajoutera ce qu'on trouvera opportun et on oubliera ce qui
est introuvable.- radiosonde moderne M10 et RS92
- une RS + parachute + enveloppe
- une radiosonde utilisant un hygristor
- capteur d'humidité capacitif de M10 seul branché sur un capacimètre possédant une gamme couvrant de 0 à 1000pF
- un condensateur au mica et une résistance à anneaux de couleurs
- hygromètre de fabrication artisanale + un bilame pour que les visiteurs puissent le voir de près.
- hygristor + une dizaine de bandes de papier + une soucoupe remplie d'eau + un ohmètre + une radiosonde utilisant l'hygristor
- un petit verre de 2 ou 3cl + une bouteille d'eau du robinet
- un (ou mieux deux) thermomètres identiques au 1/10°C si possible et couvrant la gamme 0 à 30°C + manchon en tissu pour entourer le bulbe de l'un d'eux.
- un tableau blanc ou des affiches représentant texte, diagrammes et croquis nécessaires
- un petit miroir pour montrer la condensation de la vapeur d'eau dans l'air expiré
- un sèche-cheveux
- une pompe à vélo ancienne en aluminium
- un hygromètre-thermomètre d'intérieur indiquant la zone de confort
- émagramme T-skew du jour et heure de la présentation annoté avec les altitudes ainsi que celui de 3j plus tard
Expériences
Une démonstration efficace doit être :
- simple et ne présenter qu'un seul phénomène
- lisible à plus d'un mètre pour que tout un groupe puisse en profiter
- courte car le public n'a pas beaucoup de temps
- compréhensible par le public auquel elle s'adresse (ce qui ne veut pas dire par tous les publics)
- en rapport avec les explications ou le sujet qui précèdent ou qui suivront
Les expériences présentées sur le thème de l'humidité de l'air peuvent être :
- la vapeur d'eau est présente dans l'air, elle est invisible mais elle se condense lorsque l'air refroidit : expirer sur un petit miroir
- l'évaporation nécessite de l'énergie et refroidit le bulbe du thermomètre mouillé : noter la baisse de la température, plus l'air est sec, plus le refroidissement est grand. Un tableau permet de déterminer l'humidité relative en connaissant la température indiquée par le thermomètre sec et la différence des températures mesurées avec les deux thermomètres.
Mesure de l'humidité de l'air :
- l'allongement d'un morceau de bois ou d'un cheveu est proportionnel au taux d'humidité (bilame, hygromètre, capteur d'humidité d'une RS ancienne)
- la résistance électrique d'une bande de papier diminue quand on la mouille
- la capacité du capteur d'humidité d'une RS dépend de l'humidité de l'air qui l'environne : mesurer au capacimètre les variations de la capacité d'un capteur sur lequel on expire. Noter la réactivité du capteur.
Explications, commentaires
L'ordre dans lequel sont présentées les explications est arbitraire. En fait on s'adaptera à la demande et on suivra son inspiration.
1) présence de l'eau dans l'air
- composition de l'air, les différents gaz responsable de l'effet de serre, la vapeur d'eau
- la vapeur d'eau est invisible, lorsque l'air se refroidit la vapeur se condense. Un nuage, du brouillard, ne sont pas constitués de vapeur mais de fines gouttelettes d'eau
- au contact d'un objet froid, l'air se refroidit, la vapeur d'eau qu'il contient se condense : c'est le phénomène qui produit la rosée. Si l'air est très humide, la température de l'objet froid peut être par exemple de 20 degrés, par contre pour l'air sec il faudra que la température soit plus basse (5°C par exemple) : notion de température du point de rosée.
- Quelle est la quantité d'eau maximum contenue dans un m3 d'air : une goutte, un petit verre de 2cl ou une bouteille de 1,5l ? En fait ça dépend de la température de l'air et c'est plutôt de l'ordre de 2cl.
2) Phénomènes météo
- formation de rosée et du brouillard lorsque de l'air humide dans un fond de vallée se refroidit pendant une nuit claire
- lorsqu'une masse d'air chaud et humide s'élève (ascendance d'air chauffé par le soleil ou poussé par le vent sur le flanc d'une montagne), l'air se refroidit par détente et la condensation de la vapeur d'eau peut se
produire : il se forme un nuage. Montrer que l'air se réchauffe en le comprimant dans le corps de la pompe à vélo. En redescendant de l'autre côté de la montagne l'air se réchauffe, le nuage disparaît (présenter l'effet de Foehn)
- Si l'air continue de se refroidir, les micro-gouttes d'eau dans le nuage vont atteindre une taille qui les fait tomber : c'est la pluie
3) Mesure de l'humidité de l'air avec une radiosonde
- Pour prévoir le temps il est nécessaire de faire des mesures puis de déterminer par calcul le déplacement, la température et l'humidité des masses d'air.
- Présentation de l'émagramme skew-T, il serait bon d'en avoir une représentation au format A2. Montrer la coube de la température en fonction de l'altitude et celle du point de rosée. Aux point de contact des deux courbes se trouvent la ou les couches nuageuses. Faire remarquer que l'état du ciel correspond à cette prévision tirée la veille, faire une prévision de couverture nuageuse à l'aide du deuxième émagramme. Selon l'intérêt du public on passera plus ou moins de temps sur les documents.
- Pour établir les deux courbes, des calculs ont été nécessaires à partir de données mesurées en altitude par radiosondage.
- Prendre une radiosonde ouverte et en décrire les organes, en particulier le capteur d'humidité, le comparer au condensateur
- Démo de la variation de capacité du capteur de la M10. Si on à affaire à un public averti on peut rentrer dans le détail de la technologie des condensateurs sinon il suffit d'indiquer que la radiosonde dont on voir les composants est un appareil électronique comme un téléphone cellulaire qui transmet les données mesurées
4) Principe de l'hygromètre
- on sait que parfois les cheveux
frisent quand le temps est humide : en fait ils s'allongent.- Autrefois les capteurs d'humidité des radiosondes utilisaient des cheveux
- D'autres matériaux changent de dimensions lorsque l'humidité varie, c'est le cas du bois
- Montrer le (ou la) bilame composé d'une lame d'isolant sur laquelle est collée une lame de bois
- Présenter l'hygromètre artisanal (photo ci-contre) en indiquant la position de l'aiguille quelques heures auparavant
5) Mesure de l'humidité en fonction de la résistance d'une bande de papier
- mesurer la bande sèche : résistance infinie
- mouiller la bande : la résistance chute
- montrer un hygristor et la radiosonde l'utilisant. On peut éventuellement mesurer sa résistance et souffler de l'air humide dessus.
6) Méthode du thermomètre mouillé
- mesurer la température de l'air avec le thermomètre sec
- entourer le bulbe du thermomètre (ou mieux utiliser un deuxième thermomètre) avec un petit manchon en yissus imbibé d'eau
- remuer le thermomètre ou souffler de l'air froid sur le bulbe et mesurer la température atteinte au bout de 2 ou 3 minutes si possible. Mesurer la température qui sera alors plus basse . En réalité on peut écourter l'opération de refroidissement du thermomètre (pendant laquelle on pourra poursuivre les explications) et faire constater la différence de température.
7) Diagramme de l'humidité de l'air
Explications assez techniques mais qui ont des chances d'intéresser certaines personnes.
- Agrandir un diagramme de l'air humide simplifié montrant la température de 5 en 5°C et comportant des courbes d'humidité relative espacées de 20%
8) Humidité de l'air et vie pratique
- un air trop sec ou trop humide crée une sensation désagréable ou non en fonction de la température
- il peut être nécessaire de réguler l'humidité dans les habitations en plaçant des humidificateurs
- Si l'isolation thermique est mal faite de la condensation et d'éventuelles moisissures apparaissent sur les points froids.
- On peut rafraîchir une bouteille d'eau en l'entourant d'un linge humide et en la plaçant dans un courant d'air