Humidité de l'air et point de rosée : mesurer l'hygrométrie avec sa station et l'interpréter

Sur l'écran d'une station météo, l'humidité est le chiffre qui bouge le plus et qu'on comprend le moins. Elle grimpe à 95 % chaque nuit d'automne, retombe l'après-midi, et pourtant l'air n'a souvent ni gagné ni perdu une goutte d'eau. Pour la lire correctement, il faut distinguer deux grandeurs : l'humidité relative, que mesure le capteur, et le point de rosée, que la console calcule et qui en dit bien davantage.
Ce que mesure un hygromètre
L'air contient toujours de la vapeur d'eau, invisible, en quantité variable. Mais il ne peut en contenir qu'une quantité limitée, et cette limite dépend fortement de la température : plus l'air est chaud, plus il peut porter de vapeur avant de saturer. Les météorologues l'expriment par la pression de vapeur saturante, la part maximale de la pression atmosphérique que peut représenter la vapeur d'eau à une température donnée.
L'humidité relative, affichée en pourcentage, est le rapport entre la vapeur effectivement présente et ce maximum. À 100 %, l'air est saturé : la vapeur en excès se condense en gouttelettes, sur les objets froids (rosée), dans l'air (brouillard) ou en altitude (nuages).
Le maximum augmente très vite avec la température, à peu près du simple au double tous les dix degrés. Les valeurs ci-dessous sont calculées avec la formule de Magnus dans la version recommandée par l'Organisation météorologique mondiale.
- À −10 °C
- Pression de vapeur saturante d'environ 2,9 hPa.
- À 0 °C
- Environ 6,1 hPa.
- À 10 °C
- Environ 12,3 hPa.
- À 20 °C
- Environ 23,3 hPa.
- À 30 °C
- Environ 42,3 hPa.
Pourquoi le pourcentage trompe
Prenons un après-midi d'automne dans la vallée de l'Oise : 20 °C, 50 % d'humidité relative. La nuit est claire, la température descend à 10 °C. La quantité de vapeur n'a pas changé, mais la capacité de l'air a été divisée par deux environ : l'hygromètre affiche désormais autour de 95 %. Au lever du soleil, le pourcentage redescendra, sans qu'un gramme d'eau ait été ajouté ou retiré.
L'humidité relative dépend donc autant de la température que de l'eau présente. Elle reste utile pour ce qu'elle décrit directement : le séchage du linge, l'évaporation au jardin, la sensation d'air sec dans une maison chauffée. Mais pour comparer deux journées, deux saisons ou deux stations, elle ne convient pas.
Le point de rosée, la grandeur qui ne trompe pas
Le point de rosée est la température à laquelle il faudrait refroidir l'air, sans changer sa pression ni sa teneur en eau, pour qu'il devienne saturé (définition détaillée). Sous 0 °C, on parle de point de givre, parce que la vapeur se dépose directement en glace.
Dans l'exemple précédent, l'air à 20 °C et 50 % a un point de rosée d'environ 9 °C. Il reste à peu près le même toute la nuit, tant que l'air ne change pas. C'est ce qui le rend précieux : il mesure la quantité d'eau réellement présente, indépendamment de l'heure. Un point de rosée qui monte nettement signale l'arrivée d'une masse d'air plus humide, souvent avant une perturbation ; un point de rosée qui chute signale de l'air sec, typique d'un flux continental.
Les consoles le calculent à partir de la température et de l'humidité relative. Pour le vérifier de tête, une approximation simple, publiée par le chercheur Mark Lawrence en 2005, suffit quand l'air est assez humide (au-dessus de 50 % environ) : point de rosée ≈ température − (100 − humidité relative) / 5. À 20 °C et 80 %, on obtient 16 °C ; le calcul exact donne 16,4 °C.
L'écart entre la température et le point de rosée s'appelle la dépression du point de rosée. Plus il est faible, plus l'air est proche de la saturation.
Les capteurs d'une station amateur
Trois familles d'instruments coexistent :
- Le capteur capacitif, présent dans presque toutes les stations du commerce : un mince film de polymère absorbe la vapeur d'eau et change de propriétés électriques. Il est petit, rapide et bon marché, mais il vieillit, surtout s'il reste longtemps saturé, et sa précision se dégrade près de 100 %.
- L'hygromètre à absorption, comme celui de la photo : un élément qui s'allonge ou se rétracte avec l'humidité (cheveu, fibre synthétique) actionne une aiguille. Simple et décoratif, il dérive et réagit lentement.
- Le psychromètre, l'instrument de référence des observateurs : deux thermomètres ventilés, dont l'un est entouré d'une mousseline mouillée. L'évaporation refroidit ce dernier d'autant plus que l'air est sec, et l'écart entre les deux donne l'humidité au moyen de tables.
Comme le thermomètre, l'hygromètre doit être protégé du soleil et de la pluie tout en restant bien ventilé : c'est le rôle de l'abri, décrit dans notre guide pour installer sa station météo. Un capteur mal ventilé lit trop sec en journée ensoleillée ; un capteur placé contre un mur ou au-dessus d'une pelouse arrosée lit trop humide.
Après plusieurs jours de brouillard, beaucoup de capteurs capacitifs restent bloqués vers 97 à 100 %, même quand l'air s'assèche. L'humidité a pénétré le film sensible. Le capteur récupère souvent en quelques jours de temps sec ; s'il reste bloqué au-delà, il faut le remplacer, ce qui coûte peu sur la plupart des stations.
Vérifier son hygromètre avec du sel
Une solution saturée de sel de cuisine, dans un récipient fermé, maintient l'air au-dessus d'elle à une humidité relative d'environ 75 %, presque indépendamment de la température ambiante. La valeur est connue depuis les mesures de référence publiées par le National Bureau of Standards américain en 1977, et sert d'étalon simple.
- Dans un bouchon ou une petite coupelle, mélanger du sel fin avec quelques gouttes d'eau, juste assez pour obtenir une pâte humide : il doit rester du sel non dissous.
- Placer la coupelle et le capteur, sans contact, dans une boîte hermétique ou un sac de congélation bien fermé.
- Laisser à température stable, à l'abri du soleil, pendant au moins une demi-journée.
- Lire la valeur. Un capteur qui affiche 75 % à quelques points près convient à un usage amateur ; un écart plus grand se corrige par le décalage que proposent la plupart des consoles, à noter dans le carnet de la station.
Le test ne vérifie qu'un point de l'échelle. Il ne dit rien du comportement près de la saturation, là où les capteurs bon marché sont le plus fragiles.
Ce que l'humidité annonce dans l'Aisne
Suivi au fil de la soirée, le point de rosée devient un petit outil de prévision locale.
- Brouillard : par nuit claire et calme, si la température annoncée pour l'aube rejoint le point de rosée de la soirée, le brouillard est probable, d'abord dans les fonds de vallée de l'Aisne, de l'Oise et de la Serre. Nous détaillons ces mécanismes dans notre article sur le brouillard, le givre et le verglas.
- Minimale de la nuit : une fois la saturation atteinte, la condensation libère de la chaleur et ralentit le refroidissement. Par temps calme, la température descend souvent peu sous le point de rosée de la soirée.
- Gelée blanche : si le point de rosée du soir est sous zéro et la nuit dégagée, le givre se dépose sur l'herbe et les pare-brise avant même que l'abri n'affiche une gelée.
- Jardin : de longues heures au-dessus de 90 % laissent le feuillage mouillé, ce qui favorise les maladies à champignons comme le mildiou de la tomate et de la pomme de terre. Arroser le matin plutôt que le soir limite ces durées.
Pour comparer vos valeurs à une référence, les fichiers horaires de Météo-France publiés en données ouvertes donnent, pour les stations du département, l'humidité relative et le point de rosée. Associée à la courbe de pression, une courbe de point de rosée sur plusieurs jours raconte l'arrivée et le départ des masses d'air mieux que n'importe quel pourcentage isolé.
Sources
- Organisation météorologique mondiale, Guide des instruments et des méthodes d'observation (OMM-N° 8), volume I, chapitre consacré à la mesure de l'humidité (définitions, psychromètres, capteurs, formule de la pression de vapeur saturante) : page du guide sur le site de l'OMM.
- Mark G. Lawrence, « The Relationship between Relative Humidity and the Dewpoint Temperature in Moist Air », Bulletin of the American Meteorological Society, 2005.
- Lewis Greenspan, « Humidity Fixed Points of Binary Saturated Aqueous Solutions », Journal of Research of the National Bureau of Standards, 1977.
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