Pourquoi le chauffage assèche-t-il l’air de la pièce ?
― Pas une goutte d’eau n’a disparu. C’est le « récipient » de l’air qui a grandi
On croit souvent que le chauffage aspire l’eau de l’air. En réalité, la quantité d’eau dans la pièce ne change presque pas. Ce qui change, c’est la limite que l’air peut contenir. Plus on chauffe, plus cette limite monte : la même eau paraît alors « insuffisante ».
Un matin d’hiver, vous allumez le chauffage de la climatisation et la pièce devient bien chaude. Pourtant, vers midi, la gorge gratte et les lèvres se craquellent.
Sur l’hygromètre, l’air extérieur affichait 70 %, mais la pièce n’est qu’à 25 % environ. Le linge étendu à l’intérieur sèche étonnamment vite.
Aucune eau ne s’écoule de la climatisation. Où l’eau de la pièce est-elle donc passée ?
Deux raisons seulement
La quantité d’eau que l’air peut contenir a une limite, qui augmente brusquement avec la température. À quantité d’eau égale, si le récipient triple, il n’est plus rempli qu’au tiers.
L’air de la pièce est peu à peu remplacé par l’air extérieur, par les interstices et l’aération. Si vous ajoutez de l’eau, elle repart avec l’air, et de l’air sec entre à nouveau.
L’« humidité » n’est pas la quantité d’eau elle-même, mais une proportion par rapport au récipient. Une fois ce point compris, ce qui se passe dans une pièce en hiver devient beaucoup plus clair.
L’humidité n’est pas une « quantité d’eau », mais un « taux de remplissage »
Un mètre cube d’air peut contenir une quantité maximale d’eau sous forme de vapeur, qui dépend de la température. À 5 °C, c’est environ 6,8 grammes ; à 22 °C, environ 19,4 grammes. Avec seulement 17 °C d’écart, le récipient devient environ trois fois plus grand.
L’air extérieur à 5 °C et 70 % d’humidité contient environ 4,8 grammes d’eau par mètre cube. Si on le chauffe à 22 °C sans rien ajouter, il reste 4,8 grammes d’eau. Mais le récipient fait désormais 19,4 grammes : l’humidité tombe à environ 25 %. Changez la température de la pièce avec le curseur de la figure 1 pour le constater.
L’eau présente dans la pièce tient dans un demi-verre
Combien d’eau faut-il pour remonter l’humidité à 50 % ? L’air d’une pièce de 6 tatamis représente environ 24 mètres cubes. Pour atteindre 50 % à 22 °C, il suffit d’ajouter environ 120 grammes d’eau, soit à peu près un demi-verre.
Pourtant, un humidificateur vide son réservoir en une journée. La cause, c’est le renouvellement de l’air. Les logements actuels doivent être aérés de façon à renouveler tout l’air d’une pièce en 2 heures. L’air qui entre est sec, donc l’eau ajoutée s’échappe avec l’air. D’après le calcul, il faut environ 1,4 litre d’eau par jour pour maintenir 50 %.
Autrement dit, l’eau stockée dans la pièce est minime ; ce qui compte vraiment, c’est l’eau qui « s’écoule vers l’extérieur ». Une pièce en hiver, c’est un seau percé que l’on remplit sans cesse.
En mode refroidissement, l’eau se condense sur les pièces froides et est évacuée par le tuyau. En chauffage, ces pièces sont chaudes et presque aucune eau n’est captée. Si l’air se dessèche, c’est parce que le récipient grandit et que l’aération fait entrer l’air extérieur.
Dans un air à 25 % d’humidité, les trois quarts du récipient sont vides. Plus il y a de place libre, plus l’eau quitte facilement un tissu mouillé. Dans une pièce chauffée en hiver, le séchage du linge à l’intérieur sert aussi d’humidificateur.
Résumé
Si le chauffage assèche la pièce, ce n’est pas parce qu’il retire de l’eau. En chauffant l’air, on augmente la quantité maximale d’eau qu’il peut contenir, et le taux d’humidité baisse même si la quantité d’eau est la même. De plus, l’aération fait entrer sans cesse de l’air sec : l’eau ajoutée s’échappe peu à peu. Le ministère japonais de la Santé recommande de maintenir l’humidité intérieure entre 50 et 60 % pour prévenir les infections en hiver. En revanche, humidifier au point que des gouttes se forment sur les vitres favorise les moisissures.
L’humidité n’est pas une quantité d’eau, mais un taux de remplissage.
Plus on chauffe, plus seul le récipient grandit.
D’autres phénomènes hivernaux sont expliqués dans pourquoi notre souffle devient visible, pourquoi on reçoit des décharges d’électricité statique en hiver et comment se forme la rosée du matin. Tous s’expliquent par la taille du « récipient », qui varie avec la température.
- Placez un hygromètre dans la pièce et notez la température et l’humidité avant d’allumer le chauffage, puis une heure après.
- Vérifiez si l’humidité a baissé autant que la hausse de température le laisse prévoir, en comparant avec le curseur de la figure 1.
- Ensuite, étendez une serviette mouillée et regardez de combien l’humidité remonte au bout d’une heure.
En pesant la serviette avant et après séchage, vous connaissez la quantité d’eau passée dans l’air. Si elle a perdu environ 100 grammes, c’est presque de quoi humidifier toute une pièce.
Pour aller plus loin ― termes, formules et lien avec les manuelsDu collège à l’université : le niveau de chaque passage est indiqué
- CollègeAu programme de sciences du collège
- LycéeAu programme de physique ou de sciences de la Terre au lycée
- Lycée+Approfondissement du lycée ou encadré de manuel
- Univ.Matières universitaires non vues au lycée (thermodynamique, météorologie, physique du bâtiment)
- RechercheSujets encore étudiés par les chercheurs, pas enseignés comme acquis
CollègeVocabulaire : ce phénomène a un nom
- Humidité de saturation : quantité maximale d’eau que 1 mètre cube d’air peut contenir sous forme de vapeur. C’est le « récipient » de l’article. Elle augmente avec la température.
- Humidité relative : ce que l’on appelle d’ordinaire « l’humidité ». Elle indique quel pourcentage de l’humidité de saturation représente la quantité réelle de vapeur d’eau.
- Humidité absolue (en volume) : la quantité de vapeur d’eau elle-même dans 1 mètre cube d’air. Le chauffage ne la modifie presque pas.
CollègeLycéeVérifier par la formule : humidité d’une pièce chauffée et eau nécessaire pour la maintenir
Calculons le cas d’un air extérieur à 5 °C et 70 % d’humidité qui entre et est chauffé à 22 °C. La pièce fait 6 tatamis (environ 24 mètres cubes).
| En symboles | H ＝ ( a ÷ as(T) ) × 100 |
| En mots | Humidité (%) ＝ quantité de vapeur par m³ d’air ÷ humidité de saturation à cette température × 100 |
| D’où vient-elle ? | C’est la définition même de l’humidité. Le dénominateur, l’humidité de saturation, est la quantité pour laquelle l’évaporation de l’eau et le retour de la vapeur en eau s’équilibrent ; elle ne dépend que de la température. Quand on chauffe, la quantité d’eau au numérateur se conserve : l’humidité baisse donc dans la mesure où le dénominateur augmente. |
| Symbole | Signification et unité |
|---|---|
| H | Humidité relative (%) |
| a | Quantité de vapeur d’eau par m³ d’air (g/m³) |
| as(T) | Humidité de saturation à la température T (g/m³) |
| T | Température de l’air (℃) |
| Humidité de saturation à 5 ℃ | environ 6,8 g/m³ |
| Humidité de saturation à 22 ℃ | environ 19,4 g/m³ |
| Humidité de l’air extérieur | 70 % |
| Volume d’air d’une pièce de 6 tatamis | environ 24 m³ |
| Renouvellement de l’air (repère pour un logement) | 0,5 fois par heure |
| Eau dans 1 m³ d’air extérieur | 6.8 × 0.7 ＝ 4.76 g |
| Taux de remplissage une fois chauffé à 22 ℃ | 4.76 ÷ 19.4 ≒ 0.245 |
| Humidité en pourcentage | 0.245 × 100 ＝ 24.5 % |
| Eau à 22 ℃ et 50 % d’humidité | 19.4 × 0.5 ＝ 9.7 g/m³ |
| Eau manquante par m³ | 9.7 − 4.76 ＝ 4.94 g |
| Eau pour humidifier toute la pièce une fois | 4.94 × 24 ≒ 119 g |
| Air renouvelé en 1 heure | 24 × 0.5 ＝ 12 m³ |
| Eau qui s’échappe en 1 heure | 4.94 × 12 ≒ 59 g |
| Eau nécessaire par jour | 59 × 24 ＝ 1416 g |
La pièce ne contient qu’environ 120 grammes d’eau à la fois, mais il en faut environ 1,4 litre par jour pour maintenir ce niveau. Si le réservoir de l’humidificateur se vide vite, ce n’est pas une panne : c’est le résultat du calcul. En réalité, la respiration et la cuisine libèrent aussi de l’eau, donc la quantité nécessaire est un peu plus faible.
LycéeLycée+Pourquoi le récipient grandit-il si vite avec la température ?
LycéeÀ la surface de l’eau, des molécules s’échappent (évaporation), tandis que des molécules de vapeur de l’air retournent dans l’eau. Plus la température est élevée, plus les molécules s’agitent et plus leur élan d’évasion est fort. La pression de vapeur quand les deux flux s’équilibrent s’appelle la pression de vapeur saturante ; convertie en quantité, c’est l’humidité de saturation.
Lycée+La pression de vapeur saturante augmente à peu près de façon exponentielle avec la température : près de la température ambiante, elle presque double tous les 10 °C. En pratique, on utilise des formules approchées (comme la formule de Tetens) qui donnent la valeur à partir de la température. Le schéma animé de la figure 1 calcule lui aussi la taille du récipient avec une telle formule.
Univ.La pression de vapeur saturante en thermodynamique, et le bilan d’humidité d’un logement
La variation de la pression de vapeur saturante avec la température s’exprime par la relation de Clausius-Clapeyron de la thermodynamique. Cette relation montre que plus la chaleur nécessaire à l’évaporation (chaleur latente) est grande, plus la pression augmente vite avec la température. En physique du bâtiment, les entrées et sorties de vapeur d’eau d’une pièce sont traitées comme un bilan hydrique (bilan d’humidité) : on détermine l’humidité absolue intérieure à partir du débit d’aération, de la production d’humidité et de l’absorption-désorption des murs et des meubles. Pour le renouvellement de l’air, la loi japonaise sur la construction (mesures contre le syndrome des bâtiments malsains, depuis 2003) impose au moins 0,5 renouvellement par heure dans les pièces d’habitation.
📖 Démonstration de la formule et approfondissements : Relation de Clausius-Clapeyron (Wikipédia en japonais) ／ Humidité de saturation et formules approchées (Wikipédia en japonais)
RechercheCe que l’on ne sait pas encore bien
- Lien entre humidité et survie des virus De nombreuses études montrent que le virus de la grippe se propage plus facilement dans un air sec. Mais on n’a pas encore démêlé la part de la survie du virus dans l’air, du fonctionnement des muqueuses de la gorge et du comportement des gens.
- L’eau absorbée et rejetée par les murs et les meubles Le bois, le papier, les tissus absorbent et relâchent l’humidité, ce qui atténue les variations d’humidité de la pièce. La quantité varie beaucoup selon le matériau et l’épaisseur, et l’estimer précisément reste difficile aujourd’hui.
- Les différences individuelles de sensation de sécheresse À humidité égale, certaines personnes sentent fortement leurs yeux ou leur peau se dessécher, d’autres non. On ne sait pas bien d’où viennent ces différences de ressenti.
Le contenu de cet article reste donc une « explication dans l’état actuel des connaissances ». L’humidité varie beaucoup avec la température : pour comparer, regardez toujours aussi la température.
Lien avec les manuels (par niveau)
| Niveau | Matière et chapitre | Où dans l’article |
|---|---|---|
| Collège | Sciences, 2e année « Météo et ses variations » (humidité de saturation et humidité) | Récipient et taux de remplissage, calcul de l’humidité |
| Lycée | Physique « Chaleur et gaz », sciences de la Terre « L’eau dans l’atmosphère » | Équilibre évaporation-condensation, pression de vapeur saturante |
| Lycée+ | Formule approchée de la pression de vapeur saturante | Le doublement par 10 °C, calcul de la figure 1 |
| Univ. | Thermodynamique, physique du bâtiment (aération, bilan d’humidité) | Relation de Clausius-Clapeyron, taux de renouvellement de l’air |
| Recherche | Hygiène de l’environnement, hygroscopie des matériaux de construction | Humidité et infections, régulation de l’humidité par murs et meubles |
| ― | Lien avec la vie quotidienne | Eau d’un humidificateur, linge séchant à l’intérieur, gouttes sur les vitres et moisissures |
- Humidité (relative et absolue) ― Wikipédia en japonais
- Humidité de saturation ― Wikipédia en japonais
- Aération ― Wikipédia en japonais
- Ministry of Land, Infrastructure, Transport and Tourism (国土交通省), « Mesures contre le syndrome des bâtiments malsains selon la loi sur la construction » (renouvellement de l’air des pièces d’habitation : 0,5 fois/heure)
- Ministry of Health, Labour and Welfare (厚生労働省), « Questions-réponses sur la grippe » (maintien d’une humidité intérieure adaptée)
※ Cet article est une vulgarisation scientifique destinée au grand public. Les valeurs indiquées sont des repères et des ordres de grandeur pour comprendre le mécanisme. Les valeurs réelles varient selon la taille de la pièce, l’isolation et le système d’aération. Utilisez les humidificateurs conformément à leur notice.