Humidité relative de l'air : définition, variations et mesure

L’humidité relative $\varphi$ [%] exprime à quel pourcentage l’air est saturé en vapeur d’eau — le rapport entre la quantité réelle de vapeur et la quantité maximale possible à une température donnée. Le chiffre seul ne signifie donc rien sans la température : le même air chauffé de −5 °C à 22 °C voit son humidité relative passer de 85 % à environ 13 %, alors qu’il n’y gagne ni n’y perd la moindre goutte d’eau. C’est précisément sur cette dépendance que repose tout le comportement de l’air humide.

Ce que l’humidité relative dit vraiment

La capacité maximale de l’air à retenir la vapeur d’eau dépend fortement de la température — plus l’air est chaud, plus il peut contenir de vapeur. C’est pourquoi l’air extérieur à −5 °C est « humide » (85 % HR), alors que sa teneur réelle en eau est faible. Quand on le chauffe, sa capacité augmente, sa teneur réelle en eau reste identique — et l’humidité relative chute brutalement.

Exemple : l’air à −5 °C et 85 % HR contient environ 2,1 g de vapeur d’eau par kilogramme d’air sec. Chauffé à 22 °C, il pourrait en contenir jusqu’à 16,8 g/kg. Une teneur réelle de 2,1 g/kg pour un potentiel de 16,8 g/kg donne une humidité relative d’environ 13 %. C’est pourquoi il faut, en hiver, humidifier activement les locaux chauffés.

La physique derrière l’humidité relative : la pression de vapeur saturante

La capacité de l’air à retenir la vapeur d’eau est déterminée par la pression de vapeur saturante $p_{ws}(t)$, qui croît de façon exponentielle avec la température. La relation exacte est décrite par plusieurs équations approchées — les plus répandues sont celles de Magnus et de Buck. En pratique, il suffit de savoir qu’entre 0 et 30 °C la pression saturante est multipliée par près de sept (et par environ trois entre 10 et 30 °C). C’est pourquoi l’air plus chaud possède une capacité de rétention d’humidité si nettement supérieure. Les formules complètes figurent dans l’article Calcul de l’humidité de l’air.

Comment l’humidité relative se lit dans le diagramme h-x

Dans le diagramme h-x, les lignes d’humidité relative constante ($\varphi = 10\ \%,\ 20\ \%,\ \dots,\ 100\ \%$) sont des courbes qui traversent tout le diagramme. La courbe $\varphi = 100\ \%$ est la limite de saturation — tout état de l’air au-delà de cette limite provoque la condensation. Le chauffage de l’air est, dans le diagramme, un déplacement vertical vers le haut : la teneur en eau $x$ ne change pas, mais l’humidité relative diminue, car on s’éloigne de la courbe de saturation.

Comment mesurer l’humidité relative

Capteurs capacitifs

La technologie la plus répandue aujourd’hui. Un polymère modifie sa capacité électrique proportionnellement à la quantité d’humidité absorbée. Rapides, bon marché, miniaturisables. Inconvénient : ils dérivent avec le temps et nécessitent un étalonnage. La précision des bons capteurs commerciaux est de l’ordre de ±2 à 3 % HR.

Psychromètre à aspiration

Deux thermomètres — un sec et un humide (enveloppé d’une mèche mouillée). Le flux d’air provoque l’évaporation depuis la mèche, ce qui la refroidit ; l’humidité relative se calcule à partir de l’écart de température et de la constante psychrométrique. Bien réalisée et avec un flux d’air suffisant, cette méthode reste une référence — le psychromètre d’Assmann a été pendant des décennies le standard en météorologie. Voir température humide.

Capteurs résistifs

Principe voisin du capacitif, mais on mesure la résistance électrique d’une couche sensible à l’humidité. Moins chers, mais moins précis et plus sensibles à l’encrassement.

Hygromètre à miroir refroidi

Instrument de laboratoire de référence. Une surface de miroir refroidie détecte l’instant de condensation et mesure directement le point de rosée avec une précision de ±0,1 °C. Le prix suit — ce sont des appareils de plusieurs milliers d’euros.

Quelle humidité relative viser

Environnement	HR recommandée	Remarque
Bâtiments d’habitation	30–60 %	Sous 30 % : dessèchement des muqueuses et électricité statique ; au-dessus de 60 % : moisissures et acariens
Hôpitaux	30–60 %	Une humidité plus élevée favorise les contaminations
Musées et archives	45–55 % (±5 %)	Stabilité stricte — les variations abîment les objets
Datacenters (classe A1)	8–80 %	Humidité trop basse = risque de décharge électrostatique (ESD)
Production pharmaceutique	selon le procédé (±2 %)	Régulation précise des paramètres critiques

La plage de 30–60 % HR pour les logements découle couramment de recommandations de confort et de santé (notamment l’ASHRAE Standard 55) ; la norme ne fixe pas de limite contraignante précise pour toutes les conditions, il s’agit plutôt d’une fourchette recommandée communément admise.

Humidité relative et confort thermique

Le corps régule sa température notamment par la transpiration — l’évaporation de la sueur à la surface de la peau évacue de la chaleur. Cette capacité dépend de l’humidité relative : lorsqu’elle est élevée, la sueur s’évapore difficilement et la chaleur paraît plus insupportable qu’elle ne le serait sous le seul effet d’une température élevée. Le modèle PMV–PPD de Fanger (base de la norme ISO 7730) inclut l’humidité parmi les six paramètres du confort. Détails dans l’article Confort thermique et humidité.

Questions fréquentes

Pourquoi fait-il si sec dans un logement chauffé en hiver ? L’air extérieur froid transporte peu d’eau. Chauffé à la température ambiante, sa capacité de rétention augmente, mais sa teneur totale en eau ne change pas — l’humidité relative descend souvent sous 20 %. D’où le dessèchement des muqueuses en hiver, et des matériaux en bois qui travaillent davantage : poutres ou meubles qui craquent.

À quelle fréquence étalonner un hygromètre domestique ? Les capteurs capacitifs perdent en précision ; il est donc judicieux de les étalonner une fois par an (test au sel ou comparaison avec un instrument de référence). Pour les applications industrielles, utilisez un capteur certifié avec certificat d’étalonnage.

L’humidité relative dit-elle tout de l’état de l’air ? Non. L’humidité relative sans la température est insuffisante. C’est la combinaison des deux grandeurs qui donne l’image complète — au mieux représentée par un point dans le diagramme h-x, d’où l’on lit aussi la teneur en eau, l’enthalpie et le point de rosée.