6. Les propriétés de l’air : évolution de l’air dans le diagramme de l’air humide (diagramme psychométrique)

Le diagramme de Carrier également nommé diagramme de l’air humide (DAH) ou diagramme psychrométrique représente graphiquement les principales caractéristiques physiques et thermodynamiques de l’air humide pour une pression donnée. C’est un outil précieux pour les professionnels du froid et de la climatisation car il permet de connaître les propriétés de l’air traité, tout en évitant les calculs fastidieux. À noter que le diagramme Carrier est valable pour tout mélange gaz-vapeur. Ici, nous étudions le mélange air-vapeur.

Comment lire et utiliser le diagramme Carrier ?

Les données du diagramme de l’air humide dépendent de la pression atmosphérique. Chaque diagramme Carrier est donc défini à une pression atmosphérique P donnée. Généralement, on utilise la pression atmosphérique au niveau de la mer, soit P = 1013 HPa. Le point A, situé ici aléatoirement sur le graphique, correspond à une situation donnée de l’état de l’air reportée sur le diagramme Carrier. Pour pouvoir placer un point sur le graphique, il faut connaître au moins deux des valeurs du diagramme, présentées ci-dessous.

Axe de température sèche θ

Axe horizontal bleu La température sèche est mesurée dans un environnement sec. Elle est notée θ ou ts et s’exprime en degrés Celsius (°C). Nous reviendrons sur cette valeur plus bas.

L’axe est gradué de -15°C à 55°C.

Toutes les lignes verticales parallèles à l’axe, appelées isothermes, représentent donc des zones à température sèche constante (elles ne sont pas dessinées sur ce graphique).

Axe d’humidité absolue ou teneur en humidité w

Axe vertical rouge L'humidité absolue correspond à la quantité de vapeur contenue dans 1 kilogramme d’air sec. Elle est notée w et s’exprime en kilogramme de vapeur d’eau par kilogramme d’air sec (kg/kgas).

L’axe est gradué de 0 g/kg à 30 g/kg.

Les lignes horizontales parallèles à l’axe représentent donc des données à teneur en humidité constante et sont appelées isohydre.

Courbe d’humidité relative ou hygrométrie Hr

Courbe fine noire L'humidité relative correspond au rapport entre l’humidité absolue de l’air étudié et l’humidité maximale (absolue de saturation). Elle est notée Hr et s’exprime en pourcentage (%). Toutes les courbes qui suivent celle tracée sur le diagramme sont nommées iso-degré et correspondent à des valeurs d’hygrométrie constante.

Limite de saturation de l’air Hr = 100%

Courbe noire en gras L’air contient toujours une petite proportion de vapeur d’eau, mais celle-ci est limitée. Lorsque l’humidité relative atteint 100 %, l’air est totalement saturé d’eau – c’est la saturation de l’air limite, représentée sur le schéma par la courbe noire en gras. Au-delà de cette valeur, on dit que l’air est sursaturé et il y a formation de brouillard (sur le graphique, il s’agit de la zone à gauche de la courbe limite de saturation de l’air). Comme on peut le déduire par lecture graphique, lorsque la température sèche du local augmente, l’air a une capacité de saturation supérieure.

Axe d’enthalpie h

Axe oblique vert L'enthalpie correspond à la quantité d'énergie contenue dans l’air. Elle est notée h et s’exprime en kilojoules par kilogramme d’air sec (kJ/kgas).

Par convention, lorsque la température est égale à 0 °C et que l’air est sec, l’enthalpie est nulle. Elle peut également prendre des valeurs négatives.

Toutes les lignes perpendiculaires à l’axe de l’enthalpie sont appelées isenthalpes. Pour déterminer l’enthalpie grâce au graphique, il faut tracer une ligne perpendiculaire à l’axe de l’enthalpie qui passe par le point A (voir flèche vert foncé sur le graphique). Le croisement entre cette ligne et l’axe de l’enthalpie correspond à la valeur d’enthalpie de l’air étudié.

Température de rosée – Température humide – Température sèche

Température de rosée θrA

Flèche vert clair

La température de rosée, ou point de rosée, est la valeur à partir de laquelle l’eau contenue dans l’air se condense et forme du brouillard.

Connaître le point de rosée permet notamment de déduire la température nécessaire de l’échangeur (batterie froide) du climatiseur pour déshumidifier l’air. Pour lire la température de rosée sur le graphique, il faut suivre les isothermes jusqu’à la courbe limite de saturation de l’air. La projection sur l’axe de température sèche correspond à la température de rosée (voir flèche vert clair sur le diagramme)

Température de humide θhA

Flèche noire

La température humide, ou température du thermomètre mouillé, est la température lue sur un thermomètre dont le bulbe est recouvert d’un coton humide, qu’on ventile pour faire évaporer l’eau. On peut déterminer la température humide par lecture graphique. Elle correspond à la projection sur l’axe de température sèche du point de croisement entre l’isenthalpe passant par le point A et la courbe limite de saturation (voir diagramme)

Température sèche θA

Flèche bleue

Nous l’avons vu, la température sèche correspond à la température donnée par un thermomètre placé dans un flux d’air sec.Elle se lit simplement en projetant le point A sur l’axe de température sèche (voir flèche bleue sur le diagramme). Note → La relation suivante est toujours vraie : θrA < θhA < θA