Hygromètre

Conseils pour l’achat d’un hygromètre

Le terme hygromètre se compose des mots grecs hygrós et métron, qui signifient « humide » ou « mouillé », et mesure. Selon l’origine du mot, un hygromètre est un appareil de mesure qui détermine le taux d’humidité. Or, plus que pour définir n’importe quel type d’appareil de mesure de l’humidité, le terme hygromètre correspond spécifiquement aux appareils qui calculent l’humidité relative de l’air. Sachant que l’humidité a une influence sur de nombreux processus biologiques, physiques et chimiques, il est nécessaire de la mesurer et, le cas échéant, de la contrôler plus précisément.

Presque tout le monde connaît l’hygromètre, qui permet de visualiser la qualité de l’air dans les maisons et les bureaux, dans les entrepôts et les salles de production, ainsi que dans les stations météorologiques pour mesurer l’air extérieur. Différentes abréviations sont généralement utilisées pour l’humidité relative, qui sont souvent aussi visibles sur l’écran pour identifier les valeurs de mesure. Il s’agit des abréviations en français « H.r. » ou « HR », ou en anglais « r.H. » ou « RH » (de « relative humidity »).

Termes importants concernant l’humidité relative

Humidité absolue (teneur en vapeur d’eau de l’air)

L’humidité absolue s’exprime en grammes de vapeur d’eau par mètre cube d’air sec. Elle peut augmenter en raison des apports de l’environnement, comme la respiration et l’évaporation, mais peut aussi diminuer à cause de la capacité d’absorption des matériaux de l’environnement. La spécification de la teneur en vapeur d’eau en grammes par kilogramme d’air sec est appelée taux d’humidité.

Humidité relative

Une valeur relative fait toujours référence à la comparaison entre deux quantités, et est généralement exprimée en pourcentage. En ce qui concerne l’humidité relative, la quantité actuelle d’humidité n’est pas comparée à la quantité d’air sec ou humide, mais à la quantité maximale de vapeur d’eau que l’air peut contenir dans les conditions correspondantes. De cette façon, la valeur maximale de l’humidité relative pouvant être mesurée est de 100 %. En revanche, des valeurs d’humidité relative beaucoup plus élevées – pouvant être mesurées – apparaissent parfois pour l’humidité du matériau, pour laquelle la teneur en eau est en lien avec la substance sèche de celui-ci. La quantité maximale de vapeur d’eau que l’air peut absorber est appelée quantité de saturation.

Sachant que cette quantité de saturation dépend de la température et de la pression, l’humidité relative varie en fonction des changements de température ou de pression, même sans ajout ni retrait de vapeur d’eau. Les quantités de vapeur d’eau supérieures à la quantité de saturation sont libérées sous forme d’eau liquide. Les fluctuations de la pression atmosphérique ont une influence relativement faible, mais elles doivent être prises en compte, particulièrement pour les mesures très sensibles et lors de l’étalonnage d’un hygromètre. Cependant, dans les applications avec de l’air comprimé, le rapport entre l’humidité et la pression atmosphérique joue un rôle important.

Point de rosée ou température du point de rosée

L’air chaud peut absorber plus de vapeur d’eau que l’air froid et plus à basse pression atmosphérique qu’à haute pression atmosphérique. Si l’air qui contient de la vapeur d’eau est refroidi jusqu’à ce que l’humidité relative atteigne 100 %, toute diminution supplémentaire de la température provoque la formation d’eau liquide à partir de l’excès de vapeur d’eau. Cette eau est appelée condensation. La température à laquelle on atteint 100 % d’humidité relative est appelée température du point de rosée. Sachant que l’air chaud se refroidit sur les surfaces froides, de la condensation peut aussi se former sur les surfaces froides des pièces chaudes. Cet effet est facilement observable lorsque les porteurs de lunettes passent du froid aux pièces chaudes, et que de la condensation se forme sur leurs lunettes. La température de la surface à laquelle la condensation se forme dépend de la température et de l’humidité de l’air. De nombreux types d’hygromètre indiquent, en plus, le point de rosée avec la température et l’humidité de l’air.

Tableau 1 : Point de rosée avec une pression atmosphérique normale, en fonction de la température et de l’humidité de l’air

Critères de sélection d’un hygromètre

Du fait du grand nombre de modèles d’appareils disponibles, il est nécessaire de définir d’abord les exigences minimales que l’hygromètre doit satisfaire. Il est judicieux de tenir compte de l’usage qui va être fait de l’hygromètre au moment de considérer les exigences minimales de l’appareil.

Utilisation prévue et conditions d’utilisation de l’hygromètre

Le type d’application requiert des exigences complètement différentes pour l’hygromètre. Vous trouverez ci-dessous quelques exemples d’utilisations différentes :

• Mesure de l’humidité actuelle de l’air dans des espaces intérieurs. L’humidité de l’air dans les logements et les postes de travail affecte le bien-être et le rendement. C’est pourquoi on se sert souvent d’un hygromètre pour détecter les valeurs d’humidité trop élevées ou trop basses et pour aérer si nécessaire. Ce type d’hygromètre doit intégrer un écran facile à lire et, vraisemblablement aussi, des fonctions supplémentaires d’alerte optique ou sonore. L’hygromètre est aussi employé en cas de dégâts dûs à l’humidité dans les intérieurs, afin de déterminer si l’humidité en est l’une des causes. D’ailleurs, un hygromètre qui établit le point de rosée et la température de surface des composantes du bâtiment est particulièrement indiqué pour cela.
• Mesure de l’humidité extérieure. L’humidité extérieure n’est pas seulement importante pour les prévisions de précipitations, mais aussi pour déterminer l’effort physique pendant la pratique d’un sport et le travail en plein air. C’est pour cela que les stations météorologiques incluent un hygromètre parmi leurs instruments de mesure. Les données de mesure du capteur sont souvent transmises à un écran pour intérieurs ou à d’autres appareils pour les visualiser, les sauvegarder et les analyser.
• Mesure et stockage de l’humidité pendant de longues périodes. L’hygromètre est souvent utilisé comme un enregistreur de données pour, par exemple, documenter le comportement du chauffage et de l’aération dans les logements avec des dégâts dûs à l’humidité, pour enregistrer l’humidité et la température pendant le transport, ou dans des endroits difficiles d’accès.
• Mesure et contrôle de l’humidité dans les salles de production et les entrepôts. Pour certains produits, l’humidité adéquate pendant la production et le stockage joue un rôle décisif dans la qualité. Aussi bien une humidité de l’air trop faible que trop élevée peuvent rendre les produits ou les matériaux inutilisables. C’est pourquoi, dans ces zones, on utilise des hygromètres qui contrôlent sans arrêt l’humidité de l’air et qui indiquent ou transmettent les valeurs de mesure.

Plage de mesure et précision de l’hygromètre

Tous les hygromètres ne couvrent pas la plage de la mesure de l’humidité relative de l’air de 0 à 100 %. Or, pour la plupart des applications, cela n’est pas nécessaire. Cependant, il faut garder à l’esprit que la précision d’un hygromètre n’est généralement pas constante dans toute la plage de mesure. Tenez compte de l’indication de la précision et si elle est suffisante pour l’utilisation.

Hygromètre avec des grandeurs supplémentaires et des valeurs calculées

Presque tous les hygromètres numériques mesurent la température de l’air, en plus de l’humidité relative. Ces appareils sont aussi appelés thermohygromètres. De nombreux modèles déterminent et indiquent le point de rosée à partir de l’humidité relative et la température de l’air. Certains hygromètres montrent aussi l’humidité absolue en grammes par mètre cube ou la température du bulbe humide. Un hygromètre avec capteur à infrarouges supplémentaire ou avec capteur de température de surface, peut aussi mesurer directement la température d’une surface. D’autres types d’appareils disposent de capteurs supplémentaires, avec lesquels on peut évaluer la pression de l’air ou les valeurs supplémentaires de qualité de l’air comme la teneur en CO 2 , la quantité de particules ou la concentration en formaldéhyde.

Options de stockage des données dans un hygromètre

Lorsqu’un hygromètre est utilisé comme enregistreur de données, il est important de tenir compte de la période pendant laquelle les données seront enregistrées. Le nombre de valeurs de mesure pouvant être sauvegardé est limité, entre autre, par la capacité de la mémoire. Par conséquent, pour les mesures prolongées, la part d’échantillonnage joue un rôle important. Dans le cas d’un hygromètre fonctionnant sur piles, leur autonomie a aussi une influence au moment de déterminer la durée maximale pendant laquelle les données peuvent être enregistrées. Certains hygromètres sauvegardent les données dans des cartes micro SD interchangeables, tandis que d’autres modèles sont petits et compacts, semblables à une mémoire USB, et pouvant se connecter directement au port USB d’un PC ou d’un ordinateur portable pour lire la mémoire.

Interface d’un hygromètre

L’hygromètre peut être équipé d’une interface pour transférer sur un ordinateur, les valeurs de mesure actuelles ou sauvegardées. Souvent, un logiciel spécial accompagne l’hygromètre qui simplifie l’analyse des données et la configuration pour la mesure suivante. Les hygromètres pour zones sensibles de l’industrie ou la logistique disposent aussi généralement d’interfaces analogiques ou de commutation pour contrôler les processus automatiquement.

Classement de l’hygromètre en fonction du principe de fonctionnement

Le principe de fonctionnement et le design d’un hygromètre sont décisifs, non seulement pour déterminer la température et l’humidité de fonctionnement mais aussi pour savoir si l’hygromètre peut établir d’autres valeurs climatiques, en plus de l’humidité relative.

L’hygromètre à cheveux comme hygromètre à absorption

De nombreux matériaux peuvent absorber l’humidité de leur environnement sous forme de vapeur d’eau ou la relâcher vers eux jusqu’à atteindre un équilibre d’humidité. S’ils changent de propriétés au cours du processus, cela peut servir à mesurer indirectement l’humidité relative. En fonction de la structure du matériau, le changement d’humidité peut par exemple modifier, plus ou moins, sa dilatation. Le cheveu dégraissé est parfaitement adapté pour mesurer l’humidité, puisque le changement de longueur en raison de l’humidité n’est pas influencé de manière significative par la température.

Pour pouvoir lire facilement la valeur de l’humidité de l’air, ce type d’hygromètre analogique est équipé d’une aiguille et d’une échelle. Même si, au début, on utilisait toujours des cheveux naturels, du crin de cheval ou de la laine de mouton pour ce type d’hygromètre, actuellement beaucoup sont équipés avec du matériau synthétique. L’hygromètre avec cheveux naturels réagit rapidement, et peut être utilisé à des températures entre -35 et 65 ºC. Or, si l’hygromètre est essentiellement employé dans des pièces intérieures sèches, il devra être régénéré régulièrement avec des taux d’humidité élevés. Sinon, le cheveu séchera trop. Un hygromètre à cheveux standard ne peut mesurer que l’humidité relative.

Hygromètre à absorption avec capteurs en polymère

De même, certains plastiques réagissent bien, de façon mesurable, à l’humidité relative de leur environnement. Grâce aux capteurs en polymère largement utilisés actuellement, il est possible de déterminer l’humidité directement par le changement dans la résistance électrique ou la capacitance électrique. Dans la plupart des cas, ces hygromètres numériques compacts sont équipés d’un composant supplémentaire pour mesurer la température. À partir des valeurs de mesure de température et d’humidité relative, un hygromètre dûment équipé peut aussi calculer l’humidité absolue et le point de rosée.

Hygromètre à aspiration

La température ambiante baisse lorsque l’eau s’évapore. On peut le ressentir dans son propre corps lorsque l’on se trouve à l’extérieur pendant un long moment avec des vêtements mouillés. Transpirer en été et au sauna est un processus de refroidissement actif pour réguler la température corporelle. Plus l’air ambiant est sec, plus le processus de refroidissement est efficace. Si l’air enrichi en humidité est éloigné de la source d’humidité par le vent, l’air sec peut entrer rapidement, et récupérer de l’humidité. Pour évaluer l’effet refroidissant de l’évaporation, il est possible de mesurer la température dans un thermomètre sec et un autre humidifié.

Sachant que la différence de température est directement liée à l’humidité relative de l’air, il est possible de déterminer l’humidité à partir de la température humide et sèche. Un hygromètre qui fonctionne selon ce principe est aussi appelé psychromètre. S’il est utilisé correctement, ce type d’hygromètre a une précision comprise entre 0,5 et 1,0 %, ce qui le rend très précis. Pour cela, cependant, le thermomètre humide doit être constamment entouré d’air. Les types plus courants d’hygromètres dans lesquels l’air humide est éliminé sont le psychromètre d’Assmann par aspiration et le psychromètre centrifuge. Tandis que l’hygromètre de Assmann utilise un ventilateur intégré pour générer le changement d’air, l’hygromètre centrifuge est, comme indique son nom, centrifugé.

L’hygromètre qui se sert de l’effet d’évaporation pour mesurer l’humidité relative détermine toujours la température de l’air comme température du thermomètre sec, et la température du bulbe humide comme température du thermomètre humidifié. La température du bulbe humide est aussi appelée bulbe humide. Cette valeur indique, par exemple, jusqu’où l’air peut refroidir par évaporation, avec les valeurs actuelles.

Hygromètre à miroir refroidi (miroir du point de rosée)

Si l’air humide refroidit, l’humidité relative augmente, même si de l’eau n’est pas ajoutée depuis l’extérieur. Comme la quantité de saturation est plus faible à basses températures, l’air froid peut retenir moins de vapeur d’eau et libère l’excès d’eau sous forme de brume, de pluie ou de rosée. Cet effet peut être utilisé pour mesurer l’humidité relative. Pour cela, un petit miroir est refroidi jusqu’à ce que l’eau de rosée se dépose sur la surface froide. Ensuite, l’humidité relative est calculée à partir de la différence de température entre la surface du miroir et l’air ambiant. Un hygromètre de ce type ne détermine pas seulement l’humidité de l’air, mais aussi la température de l’air et la température du point de rosée en même temps.

Spectromètre comme hygromètre

Les spectromètres mesurent la lumière. Si un spectromètre utilise une longueur d’onde qui fait vibrer les molécules d’eau, une partie de la lumière est absorbée, et il y a moins de lumière qui atteint la cellule photoélectrique. Grâce à ce type d’hygromètre, il est possible de déterminer l’humidité absolue du gaz à partir de la puissance d’affaiblissement de l’intensité de la lumière, causé par les molécules d’eau. Un spectromètre adéquat permet aussi de mesurer des valeurs d’humidité très faibles dans des gaz comme, par exemple, des concentrations de seulement 2 à 10.000 ppm, c’est-à-dire, moins de 10 millilitres d’eau par litre d’air.

Étalonnage et homologation d’un hygromètre

Un hygromètre dont les valeurs de mesure servent de base pour régler l’environnement intérieur ou pour surveiller et contrôler les processus techniques doit être étalonné périodiquement. Si l’étalonnage détermine que l’hygromètre n’atteint pas la précision souhaitée dans la plage de mesure correspondant à l’utilisation, il faudra le régler ou le remplacer.

Certains hygromètres peuvent être étalonnés avec des références d’humidité venant de solutions salines saturées. Dans les récipients avec la solution saline, des valeurs d’humidité caractéristiques sont établies comme humidité de compensation. Grâce à ces références, il est possible de vérifier un hygromètre dont le capteur capacitif, résistif ou électrolytique peut être introduit dans la chambre de mesure. Le capteur introduit doit être scellé pour la mesure, de façon à ce que l’air ambiant n’entre pas dans le récipient. Ces références ne peuvent être utilisées qu’à des températures entre 20 et 40 °C, et ne sont pas adaptées aux hygromètres ayant des principes de mesure thermiques.

Dans les laboratoires de métrologie, l’hygromètre est généralement étalonné avec un appareil de référence homologué de plus grande précision, dans une chambre climatique. L’appareil de référence fournit les valeurs nominales avec lesquelles sont comparées les valeurs de mesure de l’appareil à homologuer. Lorsqu’un hygromètre est certifié et étalonné dans un laboratoire, un certificat est délivré avec les données du client pour qu’il puisse inclure les appareils étalonnés dans son contrôle interne de qualité. Le certificat d’étalonnage ISO confirme la précision déterminée et décrit les conditions de l’étalonnage.

Nous vous proposons ci-dessous des informations supplémentaires sur certains termes en lien avec l’étalonnage :

Étalonnage

Vérification de la précision des lectures de l’hygromètre, sans interférer dans le système de mesure ni déterminer l’écart systématique de la lecture de l’appareil par rapport à la valeur réelle de la grandeur mesurée.

Certificat d’étalonnage

Il documente les propriétés métrologiques des appareils de mesure ainsi que la traçabilité, conformément à la norme nationale.

Intervalle d’étalonnage

Pour être sûr que les valeurs de mesure sont toujours correctes, il est nécessaire de contrôler ou d’étalonner les appareils de mesure utilisés périodiquement. La période entre étalonnages est appelée intervalle d’étalonnage. En général, il n’existe pas de disposition contraignante quant au moment où il faut réétalonner un appareil de mesure. Les points importants pour déterminer l’intervalle sont :

• La grandeur et les effets des mesures erronées
• L’usure de l’appareil de mesure
• La fréquence d’utilisation
• Les conditions ambiantes
• La stabilité des étalonnages précédents
• La précision de mesure requise
• Les spécifications du contrôle interne de qualité de l’entreprise.

Cela signifie que c’est l’utilisateur qui, en dernier ressort, doit déterminer et contrôler l’intervalle entre deux étalonnages. Au moment d’acheter un hygromètre neuf, assurez-vous que le processus d’étalonnage soit simple. Un hygromètre de grande qualité, utilisé pour faire des mesures importantes, doit aussi pouvoir être réglé au moyen des valeurs d’étalonnage.

Dépendance entre l’humidité relative, la température et la pression atmosphérique

Variation de l’humidité relative en fonction de la température de l’air

À une pression atmosphérique normale, une quantité de vapeur d’eau de 10 g/m³ donne les valeurs d’humidité relative suivantes :

Le rapport entre la température et l’humidité est généralement présenté sous forme de nomogrammes. La température de l’air ambiant, l’humidité relative et la température sur les surfaces froides sont mesurées. Certains hygromètres peuvent déterminer, en plus de l’humidité de l’air, la température de l’air et la température des surfaces au moyen de capteurs de contact ou de capteurs infrarouges.

Situation 1 :

Température ambiante de 20 °C, humidité relative de 40 %, température de surface minimum de 14 °C. En partant de l’intersection de la courbe d’humidité de 40 % avec la ligne horizontale de 20 ºC, une ligne verticale est tracée jusqu’à la ligne horizontale de 14 ºC. L’intersection de ces lignes se trouve entre les courbes d’humidité de 50 % et de 60 %. La ligne verticale peut être tracée plus haut jusqu’à ce qu’elle rencontre la courbe de 100 % d’humidité. À ce point, on peut lire sur l’échelle de température, la température du point de rosée d’environ 6 °C.

Situation 2 :

Température ambiante de 20 °C, humidité relative de 60 %, température de surface de 11 °C. L’humidité augmente au-dessus de 100 % sur la surface plus froide et de la condensation se forme. Le point de rosée est d’environ 12 °C.

Variation de l’humidité relative en fonction de la pression atmosphérique

Si la température de l’air reste constante, l’humidité relative et le point de rosée changent avec l’augmentation de la pression. Voici quelques exemples avec une température de l’air de 25 °C :