Description
En bref
Pour de nombreuses applications en analyse thermique, l’atmosphère joue un rôle important car elle peut affecter le comportement de l’échantillon ou activer des réactions.
L’influence de l’humidité sur les matériaux de construction, la durée de conservation des produits pharmaceutiques et alimentaires ou l’influence sur les propriétés mécaniques des polymères ne sont que quelques-uns des exemples les plus courants.
Bien entendu, les instruments Linseis conviennent à de telles expériences, mais il y a un fait qui est souvent source de confusion et qui doit être pris en compte avec précaution : La différence entre la vapeur d’eau et l’humidité relative.
Différence entre l'humidité relative et la vapeur d'eau
Les générateurs d’humidité relative sont le plus souvent utilisés pour des expériences à température ambiante, tandis que les applications de vapeur d’eau se font à des températures plus élevées.
Lorsque l’eau est chauffée à son point d’ébullition ou à un niveau supérieur, elle passe de l’état liquide à l’état gazeux.
Elle existe alors sous forme de vapeur d’eau.
Si cette vapeur est introduite dans une chambre de réaction ou un instrument quelconque, on parle d’application de vapeur d’eau.
En revanche, tout gaz peut transporter et contenir une certaine quantité d’eau à une température donnée.
C’est ce qu’on appelle l’humidité.
Si l’on prend l’exemple de l’air, il y a toujours une quantité d’eau contenue dans l’air, même en dessous du point d’ébullition de l’eau, que l’on définit comme l’humidité relative.
Mesures sous humidité contrôlée
La plage de température typique pour les générateurs d’humidité se situe entre la température ambiante et 80°C avec une humidité relative contrôlable de 0,2% à 98%.
Il peut être utilisé pour des applications dans des appareils d’analyse thermique, comme les dilatomètres, les calorimètres différentiels à balayage ou les analyseurs thermiques simultanés, en particulier pour l’analyse des aliments, des produits pharmaceutiques, des matériaux de construction ou des processus biologiques.
Cela signifie que la même quantité d’eau, ou plus précisément de vapeur d’eau dans l’air (grammes H2O par kilogramme d’air) se traduit par des niveaux d’humidité relative différents, en fonction de la température, car la capacité de l’atmosphère change. Cette quantité maximale d’eau (capacité) dépend fortement de la température et varie d’une fraction de gramme par mètre cube (à des températures inférieures à 0 °C) à environ 600 grammes par mètre cube à 100 °C.
Humidité relative
La grandeur la plus couramment utilisée est l’humidité relative.
L’humidité relative peut être définie simplement comme la quantité d’eau dans l’air par rapport à la quantité de saturation que l’air peut contenir à une température donnée, multipliée par 100. L’air ayant une humidité relative de 50 % contient la moitié de la vapeur d’eau qu’il pourrait contenir à une température donnée.
Si l’humidité relative est comprise entre 0,1 % et 100 %, l’eau peut exister sous forme de vapeur d’eau. Si une humidité relative de 100 % est atteinte et que l’air ambiant est refroidi, le point de rosée (qui définit la quantité maximale d’eau que l’air peut contenir à une température donnée) est dépassé et l’eau se condense dans l’air, sous forme d’eau liquide.
Le résidu est un équilibre entre l’eau liquide et la vapeur d’eau à la température spécifique. En revanche, si la température est supérieure au point d’ébullition de l’eau (100°C au niveau de la mer), l’eau dans l’air ne peut exister que sous forme de vapeur d’eau.
En particulier, en ce qui concerne les conditions de vie sur terre, l’indication de l’humidité relative est très utile, car la plage très étroite de concentration de vapeur d’eau dans laquelle un mammifère, comme l’homme, se sent à l’aise, peut être représentée graphiquement par l’indication de l’humidité relative.
L’autre possibilité consiste à mesurer dans des conditions isothermes, ce qui permet de définir des niveaux d’humidité constants entre 0,2 % et 98 % d’humidité relative.
L’air froid en dessous de la température ambiante ne peut contenir de la vapeur d’eau que dans une quantité très limitée qui diminue avec la température.
L’air en dessous de 0°C ne peut plus contenir de vapeur d’eau
(voir graphique ci-dessus).
Dès que l’humidité relative est supérieure au point de rosée (par exemple pendant le refroidissement), la vapeur d’eau se condense sous forme d’humidité et, si la température ambiante est inférieure à 0°C, elle gèle.
Cette procédure nécessite un appareillage plus important, par exemple une ligne de transfert chauffée pour les échantillons dont la température est supérieure à la température ambiante
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Applications
Un générateur d’humidité crée une atmosphère contenant de la vapeur d’eau en faisant passer un gaz dans de l’eau chaude et en la saturant.
Ensuite, le gaz est ajusté à l’humidité relative présélectionnée en ajoutant de l’air sec (à l’aide d’un capteur de point de rosée).
Il est possible de commander des configurations personnalisées pour les gaz vecteurs et les compositions, en utilisant des débitmètres massiques supplémentaires ou des capteurs de point de rosée externes.
Cet exemple d’application montre l’influence de l’humidité sur les briques.
La courbe de gauche montre les isothermes de 2 types de briques à 20°C et 60°C et la teneur en humidité que les échantillons ont adsorbés.
Sur le côté droit, vous pouvez voir coefficient d’expansion en focntion de l’humidité relative.
Le degré d’humidité a une influence significative sur le l’expansion thermique.
P. sin ; J. Lukovicova ; G. Pavlendova ; M. Kubliha ; S. Uncik ; Experimental Performance of HygroThermal Deformation
of Contemporary and Historical Ceramic Bricks, International Journal of Mater
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