Les processus thermodynamiques amenant à la sursaturation de l ’air et à la formation de nuage...

Les processus thermodynamiques amenant à la sursaturation de l ’air et à la formation de nuage ou brouillard

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

Saturation et condensation par apport de vapeur d ’eau

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

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 !

1) Tair > Teau

Brouillard d ’évaporation

Air: Tair, p, r, e

Eau: Teau

e < es(Tair) < es(Teau)

2) Tair < Teau

L ’air devient saturé quande = es(Tair) < es(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:

0dhAdiabatique 0q

Isobarique 0dp

Procédé isenthalpique

Chaleur latente et enthalpie:

Lois de Kirchhoff:

v v wl h h v

pv wp

dlc c

dT

Procédé isobarique et adiabatique

Système thermodynamique

État initial: T, p, m, mv, mw

État final: T ’, p ’, m, m ’v, m ’w

dh = 0

Équation du procédé: démonstration

Procédé isobarique et adiabatique

' '' v v

pd t w pd t w

l T r l T rT T

c rc c rc

' '' v v

pd t w pd t w

l T r l T rT T

c rc c rc

Équation qui relie les variables d ’état initialeset finales.

t v wm m m v wt

d

m mr

m

Procédé isobarique et adiabatique

' '' v v

pd t w pd t w

l T r l T rT T

c rc c rc

Avec les approximations habituelles

' 'v v

pd pd

l lT r T r

c c ' 'v v

pd pd

l lT r T r

c c

Température du thermomètre mouillé

const.v vw s w

pd pd

l lT r T T r

c c const.v v

w s wpd pd

l lT r T T r

c c

' sr r

'' v v

pd pd

l r l rT T

c c

Température du thermomètre mouillé

vw s w

pd

lT T r r T

c v

w s wpd

lT T r r T

c

La température du thermomètre mouillé est latempérature à laquelle l ’air peut être refroidi, en y évaporant de l ’eau à pression constante et sanséchange de chaleur avec l ’environnement, jusqu ’à ce que l ’air soit saturé.

Pseudo température du thermomètre mouillé ( le téphigramme ) Taw

On utilise l ’adiabatique saturée:

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 initialde la particule.

p = 850 mb

T = 10 °Cr = 5 g/kg Taw = 6 °C

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

constanteve

pd

lT T r

c

' 0r

' '' v v

pd t w pd t w

l T r l T rT T

c rc c rc

Température équivalente Te

ve

pd

lT T r

c v

epd

lT T r

c

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

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 originalen suivant une adiabatique sèche.

p = 850 mb

T = 10 °Cr = 5 g/kg

Tae = 23,5 °C

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)

v vw s w

pd pd

l lT r T r T

c c

er

p

v v sw

pd pd

l l eeT T

c p c p

ss

er

p

Représentation d ’un processus isenthalpique (diagramme eT)

v v sw

pd pd

l l eeT T

c p c p

ps w w

v

pce e T T T

l

Représentation d ’un processus isenthalpique (diagramme eT)

Page 13: notes de cours Enrico Torlaschi

ps w w

v

pce e T T T

l p

s w wv

pce e T T T

l

ps w w

v

pce e T T T

l

Température du thermomètre mouilléLe psychromètre

v ve w s w

pd pd

l lT T r T T r

c c v v

e w s wpd pd

l lT T r T T r

c c

La température du thermomètre mouillé est latempérature à laquelle l ’air peut être refroidi, en y évaporant de l ’eau à pression constante et sanséchange de chaleur avec l ’environnement, jusqu ’à qu ’il soit saturé.

Température du thermomètre mouilléLe psychromètre

pds D s w w

v

ce T e T p T T

l pd

s D s w wv

ce T e T p T T

l

Le psychromètre nous donneT et Tw

TwT

Nous pouvons alors calculer TD

Température du thermomètre mouillé:la température de rosée

pds D s w w

v

ce T e T p T T

l pd

s D s w wv

ce T e T p T T

l

C ’est l ’équation psychrométrique. Le coefficient cpd/lv est appelé constante psychrométrique.

Température du thermomètre « gelé »:la température de gelée blanche

pds D si i i

v

si f

ce T e T p T T

l

e T

pds D si i i

v

si f

ce T e T p T T

l

e T

Refroidissement de l ’air par évaporation de la pluie

L ’effet de températuredu thermomètre mouilléest la principale cause dela chute de températureobservée lorsque la précipitation commence.