Humidification de l'air en CTA : vapeur, adiabatique ou ultrasons ?

Un humidificateur ajoute de l’humidité à l’air pour atteindre l’humidité relative voulue (typiquement 40–60 % selon les recommandations générales de confort et de santé ; la NF EN 16798-1 donne des plages précises par catégorie et par saison). Le débit d’humidification est fixé par l’écart de teneur en eau : $\dot{m}_w = \dot{m} \cdot (x_2 - x_1)$ [kg/h], où $\dot{m}$ est le débit massique d’air. (Une grandeur en kg/h est un débit d’eau, pas une puissance — la puissance électrique d’un humidificateur à vapeur s’indique séparément en kW.)

Types d’humidificateurs et leurs principes physiques

1. Humidificateur à vapeur (isotherme)

Il ajoute à l’air de la vapeur saturée ou surchauffée. La température de la vapeur est supérieure à celle de l’air ; il en résulte une légère hausse de la température de l’air et une augmentation de l’humidité.

Dans le diagramme de Mollier : le procédé est presque horizontal ($\Delta t$ faible, $\Delta x$ grand) — humidification isotherme. Plus précisément : une droite vers la droite, légèrement vers le haut.

Avantages :

• Le plus sûr sur le plan hygiénique — l’eau est stérilisée par la haute température.
• Régulation précise de l’humidité.
• Fonctionne jusqu’à de basses températures d’air soufflé.

Inconvénients :

• Consommation d’énergie plus élevée (chauffage électrique ou vapeur d’un réseau).
• L’excédent de puissance thermique doit être compensé en été.

Types : à électrodes (passage du courant dans l’eau), résistif (résistance chauffante), à gaz, raccordement à un réseau de vapeur.

2. Humidificateur adiabatique (avec rafraîchissement de l’air)

Il pulvérise de l’eau directement dans le flux d’air. L’enthalpie de l’air ne change pas (processus adiabatique) — la chaleur sensible se transforme en chaleur latente de vaporisation.

Dans le diagramme de Mollier : le procédé suit les isenthalpes ($h = \text{const.}$), obliquement vers la droite et le bas.

L’air peut être humidifié de façon adiabatique au maximum jusqu’à la température humide ($t_{wb}$) = 100 % de saturation.

Types d’humidification adiabatique :

Type	Principe	Risque hygiénique
Chambre de pulvérisation (spray)	Buses de pulvérisation, contact direct	Moyen (risque de légionelle)
Média de transfert (matelas)	Air à travers un garnissage humidifié	Moyen
Ultrasons	Un transducteur piézo forme un aérosol	Élevé (minéraux, biofilm)
Rotatif (disque évaporatif)	Air à travers un rotor humidifié	Faible

Avantages de l’humidification adiabatique :

• Aucune consommation d’énergie de chauffage (seulement la pompe).
• Rafraîchissement simultané de l’air — idéal en été.
• Coûts d’exploitation plus faibles.

Inconvénients :

• Exigence hygiénique (risque de légionelle si l’eau n’est pas déminéralisée).
• Nécessite de l’eau déminéralisée ou une désinfection UV.
• Impossible d’humidifier jusqu’à 100 % (efficacité pratique max. 90–95 %).

3. Humidificateur à ultrasons

Un transducteur piézoélectrique fait vibrer la surface de l’eau à 1,6–2 MHz et crée des microgouttelettes (brume froide, Ø 1–5 μm). Le flux d’air emporte les gouttelettes, qui s’évaporent.

Attention : l’humidificateur à ultrasons transfère aussi à l’air les minéraux dissous dans l’eau (par exemple une poussière blanche sur le mobilier). Eau déminéralisée ou désinfection UV indispensable. Sans traitement de l’eau = risque hygiénique.

Calcul du débit d’humidification

Débit d’humidification [kg/h] :

$$\dot{m}_w = \dot{V} \cdot \rho \cdot \frac{x_2 - x_1}{1000}$$

où :

• $\dot{V}$ = débit d’air [m³/h]
• $\rho \approx 1{,}20\ \text{kg/m}^3$ (pour 20 °C)
• $x_1$, $x_2$ = teneur en eau avant et après l’humidificateur [g/kg]

Exemple : débit d’air 5000 m³/h, entrée : t = 20 °C, φ = 25 % (état hivernal après chauffage), objectif : φ = 50 %

• $x_1 \approx 3{,}6$ g/kg, $x_2 \approx 7{,}3$ g/kg, $\Delta x = 3{,}7$ g/kg
• $\dot{m}_w = 5000 \cdot 1{,}20 \cdot \dfrac{3{,}7}{1000} =$ 22,2 kg/h

Quel type choisir, et quand ?

Situation	Recommandation
Hôpital, salle propre, hygiène élevée	Vapeur (à électrodes ou résistif)
Bureau, centre commercial	Vapeur ou adiabatique (à l’eau déminéralisée)
Hall industriel, gros débits, été	Adiabatique (faibles coûts d’exploitation)
Domicile, petit volume	Ultrasons (avec eau filtrée)
Musée, archives, conservation	Vapeur (régulation précise ± 3 %)

Normes et hygiène

Selon la NF EN 16798-3 (et les guides d’hygiène reconnus, comme la VDI 6022), chaque humidificateur doit être régulièrement nettoyé et désinfecté. Une eau stagnante au-dessus de 25 °C = des conditions optimales pour la légionelle. Les systèmes adiabatiques doivent passer un test microbiologique à la mise en service.