Hygromètres : pour mesurer le taux d’humidité

Qu’est-ce qu’un hygromètre ?

Un hygromètre est un instrument utilisé pour mesurer la quantité d’humidité et de vapeur d’eau dans l’atmosphère, dans le sol, ou dans des espaces confinés.

Les instruments de mesure de l’humidité reposent généralement sur des mesures d’une autre variable, telle que la température, la pression, la masse ou un changement mécanique ou électrique d’une substance lorsque l’humidité est absorbée. Par calibrage et calcul, ces variables mesurées peuvent conduire à une mesure de l’humidité.

Les appareils électroniques modernes utilisent la température de condensation (point de rosée) pour mesurer le taux d’humidité. La quantité maximale de vapeur d’eau pouvant être maintenue dans un volume d’air donné (saturation) varie grandement en fonction de la température (l’air froid peut contenir moins de masse d’eau par unité de volume que l’air chaud).

La plupart des instruments sont calibrés pour lire l’humidité relative, qui correspond à la quantité d’eau par rapport au maximum à une température donnée, exprimée en pourcentage.

Le premier hygromètre a été inventé par le polymathe de la Renaissance italienne Léonard de Vinci en 1480 et une version plus moderne a été créée par le mathématicien suisse Johann Heinrich Lambert en 1755.

À quoi sert un hygromètre ?

Outre les serres et les espaces industriels, les hygromètres sont également utilisés dans certains incubateurs, saunas, humidificateurs et musées. Ils sont également utilisés pour l’entretien d’instruments de musique en bois tels que pianos, guitares, violons et harpes, qui peuvent être endommagés par des conditions d’humidité inappropriées.

Dans les environnements résidentiels, les hygromètres sont utilisés pour faciliter le contrôle de l’humidité (une humidité trop basse peut endommager la peau et le corps, alors qu’une humidité trop élevée favorise la croissance de la moisissure et des acariens). Les hygromètres sont également utilisés dans l’industrie des revêtements car l’application de peinture et d’autres revêtements peut être très sensible à l’humidité et au point de rosée.

Comment choisir un hygromètre adapté à vos besoins ?

Une faible humidité peut irriter la gorge et le nez, causer une peau sèche et des lèvres gercées et favoriser l’électricité statique. Une humidité élevée est susceptible de provoquer des mauvaises odeurs, des réactions allergiques, des éternuements, une toux chronique et une sensation de moiteur.

Dans votre maison, une faible humidité peut provoquer des joints desserrés sur les meubles, des parquets grinçants et des accumulations de poussière, tandis qu’une humidité élevée provoque de la condensation sur les fenêtres et les miroirs, la prolifération d’insectes et la moisissure.

Vous pouvez utiliser un simple hygromètre pour calculer le taux d’humidité des différentes pièces de votre maison et réduire votre consommation d’énergie en ajustant l’humidité tout en augmentant votre confort tout au long de l’année.

Déterminez l’endroit où vous devez mesurer l’humidité, la précision de vos lectures et les fonctionnalités dont vous avez besoin :

• Les marges d’erreur varient de 1 à 10% selon les modèles. Si la précision n’est pas critique, choisissez un modèle peu coûteux avec une marge d’erreur de 5%. Si vous avez besoin de mesures sensibles et précises, choisissez un hygromètre avec une plus grande précision.
• Vous devrez peut-être acheter un psychromètre pour calibrer vos hygromètres.
• Les humidificateurs d’air et les étuis pour instruments de musique peuvent nécessiter leurs propres hygromètres dédiés.
• Si vous souhaitez enregistrer les changements d’humidité, achetez un hygromètre enregistrant les données à des intervalles spécifiés par l’utilisateur. Déterminez si vous avez besoin d’une surveillance constante ou d’une vérification ponctuelle.
• Choisissez un hygromètre avec une sonde si les mesures sont prises sur des lieux distants de ceux où les résultats sont surveillés.
• Les hygromètres portables sont parfaits pour la mobilité et la lecture rapide.
• Les hygromètres extérieurs sont robustes et résistent bien à l’eau et aux variations extrêmes d’humidité.

Quels sont les différents types d’hygromètre ?

Hygromètres anciens

Des hygromètres prototypes ont été conçus et mis au point pendant la dynastie Han dans la Chine ancienne pour étudier les conditions météorologiques. Les Chinois utilisaient un morceau de charbon de bois et un morceau de terre : leurs poids sec étaient comparés à leurs poids humides après avoir été exposés à l’air. Les différences de poids étaient utilisées pour calculer le taux d’humidité.

D’autres techniques ont été développées en utilisant la masse pour mesurer l’humidité, par exemple lorsque l’air était sec, le morceau de charbon de bois était léger, tandis que lorsqu’il était humide, le morceau de charbon de bois était plus lourd.

Hygromètres en bobine de papier métallique

L’hygromètre en bobine de papier métallique est utile pour donner une indication par cadran des variations d’humidité. Il est le plus souvent utilisé dans des appareils peu coûteux, et sa précision est limitée, avec des variations de 10% ou plus. Dans ces dispositifs, la vapeur d’eau est absorbée par une bande de papier imprégnée de sel fixée à un serpentin en métal, ce qui provoque le changement de forme du serpentin. Ces modifications (analogues à celles d’un thermomètre bimétallique) provoquent une indication du taux d’humidité sur un cadran.

Hygromètres de tension à cheveux

Ces appareils utilisent des cheveux humains ou des poils d’animaux sous tension. Les cheveux et les poils sont hygroscopiques (ils tendent à retenir l’humidité). Leurs longueurs changent avec l’humidité, et le changement de longueur peut être amplifié par un mécanisme et indiqué sur un cadran ou une échelle.

Vers la fin des années 1700, certains scientifiques ont appelé de tels dispositifs les hygroscopes. Ce mot n’est plus d’usage courant, mais l’hygroscopie, qui en dérive, l’est toujours. Le dispositif populaire traditionnel connu sous le nom de station météo fonctionne sur ce principe. Sur certains modèles, des os de baleine et d’autres matériaux peuvent être utilisés à la place des cheveux.

Psychromètres

Un psychromètre, ou thermomètre à bulbe sec et humide, se compose de deux thermomètres, l’un sec et l’autre maintenu humide avec de l’eau distillée sur une mèche. À des températures supérieures au point de congélation de l’eau, l’évaporation de l’eau de la mèche abaisse la température, de sorte que le thermomètre à bulbe humide présente généralement une température inférieure à celle du thermomètre à bulbe sec. Lorsque la température de l’air est inférieure au point de congélation, le bulbe humide est recouvert d’une fine couche de glace et peut être plus chaud que le bulbe sec.

L’humidité relative est calculée à partir de la température ambiante, comme indiqué par le thermomètre à bulbe sec, et de la différence de température, comme indiqué par les thermomètres à bulbe humide et sec. L’humidité relative peut également être déterminée en localisant l’intersection des températures de bulbe sec et humide sur un tableau psychrométrique. Les deux thermomètres coïncident lorsque l’air est complètement saturé et plus leur différence est grande, plus l’air est sec.

Les psychromètres sont couramment utilisés en météorologie et dans l’industrie du chauffage, de la ventilation et de la climatisation pour le paramétrage correct de réfrigérant dans les systèmes de climatisation résidentiels et industriels.

Hygromètres à point de rosée

Le point de rosée est la température à laquelle un échantillon d’air humide (ou de toute autre vapeur d’eau) à pression constante atteint la saturation en vapeur d’eau. À cette température de saturation, un refroidissement supplémentaire entraîne la condensation de l’eau. Les hygromètres à point de rosée en miroir refroidi comptent parmi les instruments les plus précis actuellement disponibles.

Ils utilisent un miroir refroidi et un mécanisme optoélectronique pour détecter la condensation à la surface du miroir. La température du miroir est contrôlée par rétroaction électronique afin de maintenir un équilibre dynamique entre évaporation et condensation, mesurant ainsi de manière précise la température du point de rosée.

Vous pouvez atteindre une précision de 0,2° C avec ces appareils, ce qui correspond dans les environnements de type bureau à une précision de l’humidité relative d’environ 1,2%. Ces appareils nécessitent un nettoyage fréquent, l’intervention d’un technicien qualifié et un étalonnage périodique pour atteindre ces niveaux de précision.

Plus récemment, des miroirs spectroscopiques ont été commercialisés. En utilisant cette méthode, le point de rosée est déterminé par une détection de lumière spectroscopique qui permet de déterminer la nature de la condensation. Cette méthode évite certaines des imprécisions des miroirs précédents et est capable de fonctionner sans calibrage.

Hygromètres capacitifs

Avec les hygromètres capacitifs, l’effet de l’humidité sur la constante diélectrique d’un polymère ou d’un oxyde métallique est mesuré. Lors de l’étalonnage, ces capteurs ont une précision de 2% sur le calcul du taux d’humidité. Sans calibrage, la précision est 2 à 3 fois pire.

Les hygromètres capacitifs sont robustes contre les effets tels que la condensation et les hautes températures. Ils sont sujets à la contamination, à la moisissure et au vieillissement, mais conviennent à de nombreuses applications.

Hygromètres résistifs

Avec les hygromètres résistifs (ou à résistance), le changement de résistance électrique d’un matériau dû à l’humidité est mesuré. Les matériaux typiques sont les sels et les polymères conducteurs.

Les hygromètres résistifs sont moins sensibles que les hygromètres capacitifs. Les propriétés du matériau ont également tendance à dépendre à la fois de l’humidité et de la température, ce qui signifie en pratique que l’hygromètre doit être associé à un capteur de température.

La précision et la résistance à la condensation varient en fonction du matériau résistif choisi. Des hygromètres robustes et résistants à la condensation existent avec une précision allant jusqu’à 3% d’humidité relative.

Hygromètres thermiques

Avec les hygromètres thermiques, le changement de conductivité thermique de l’air dû à l’humidité est mesuré. Ces capteurs mesurent l’humidité absolue plutôt que l’humidité relative.

Hygromètres gravimétriques

Un hygromètre gravimétrique mesure la masse d’un échantillon d’air par rapport à un volume égal d’air sec. Cette technologie est considérée comme la méthode la plus précise pour déterminer la teneur en humidité de l’air. Des normes nationales basées sur ce type de mesure ont été élaborées dans l’Union européenne, aux Etats-Unis et au Japon.