Augmentation de la quantité de vapeur d eau avec la température

[sebinnis]

Bonjour j'en reviens à une question abordée dans un autre topic : comment obtient on 7 pour cent d'humidité en + dans l'atmosphère pour une augmentation d'un degré ? Est ce proportionnel ? 2 degrés ce serait 14 pour cent ? Merci

Modifié 1 novembre par sebinnis

[Ronflex]

il y a une heure, sebinnis a dit :

Bonjour j'en reviens à une question abordée dans un autre topic : comment obtient on 7 pour cent d'humidité en + dans l'atmosphère pour une augmentation d'un degré ? Est ce proportionnel ? 2 degrés ce serait 14 pour cent ? Merci

Plus l'air est chaud plus il peut contenir de vapeur d'eau par kg d'air sec. Voici une courbe qui montre la quantité de vapeur d'eau en fonction de la température. La relation n'est pas linéaire.

[Matpo]

J ouvre ce topic suite à une question intéressante soulevée mais pas dans le bon topic 👍

Les messages ont été déplacés ici

[Pan]

C'est un résultat bien connu des météorologues qui est une application de la relation de Clausius-Clapeyron qui a été largement diffusée par le GIEC puis popularisée sur X.

La forme météo de la relation de Clausius-Clapeyron s'écrit

 

 

où  est la pression de vapeur saturante, est la température (en K), est la chaleur latente de vaporisation, et la constante des gaz parfaits pour la vapeur d'eau. En pratique, on utilise souvent l'approximation suivante de l'intégrale de cette équation :

 

 

où est cette fois exprimée en °C.

 

Pour illustrer la valeur de 7% par 1°C supplémentaire, on peut calculer à 20°C puis à 21°C par exemple, et calculer l'accroissement (ici égal à la différence relative) :

 

Ce qui donne

 

 

La relation est vaguement linéaire, et quand la température est plus basse, ce taux approche davantage 7%.

 

Il y a un paradoxe cependant, qui n'est pas suffisamment mis en avant quand on parle de ce résultat. Attention, car c'est malheureusement un peu technique et très subtil, comme souvent avec la thermodynamique. Il faut revenir à ce que signifie la pression de vapeur saturante. C'est la pression à laquelle la phase gazeuse est en équilibre avec la phase liquide. Quand la pression partielle de la vapeur dépasse la valeur de pression de vapeur saturante à une température donnée, l'air est saturé (humidité relative > 100%), donc on a condensation de l'eau qui retombe par la suite au sol sous forme de pluie. Trop souvent, on en parle comme un processus de 2 variables : température et pression de vapeur saturante, trop souvent appelé humidité par simplification -> si la température augmente -> plus d'humidité (+7% par 1°C supplémentaire) -> plus de pluie. Le paradoxe justement, c'est qu'il faut qu'il y ait saturation. Donc ça n'est plus un processus à 2 variables mais 3 : température, pression de vapeur saturante, et pression partielle de vapeur (contenu en eau dans une parcelle d'air).

 

Imaginons donc la situation suivante : on a une pression partielle de vapeur de 2.22 kPa, une pression de vapeur saturante à cette température de 2.34 kPa, pour une humidité relative de environ 95%. Si la pression partielle de vapeur reste constante et que la température augmente de 1°C, on a donc une pression de vapeur saturante de 2.49 kPa. Ce qui donne cette fois une humidité relative de 89%. Oui, l'humidité relative a baissé, et on s'éloigne de la saturation et donc de la capacité à avoir des pluies. Donc : on a une pression de vapeur saturante qui a augmentée de 7%, autrement dit l'air peut contenir 7% d'eau liquide, mais on s'est éloigné de la saturation. On a augmenté la capacité d'une parcelle l'air à contenir de l'eau sous forme liquide, mais on n'a pas augmenté le contenu en eau, et on a diminué le potentiel qu'il pleuve. Pour conserver l'humidité relative constante, voire arriver à saturation, il faut donc augmenter le contenu en eau, pas uniquement la capacité.

 

Ci-dessous des courbes d'anomalie globale de températures au dessus des terres et des océans. A titre d'exemple, on peut prendre 2000 comme référence car on a une anomalie ~ 0. En ordre de grandeur, on peut dire qu'on a une augmentation de 1°C en 20 ans sur les deux courbes.

Maintenant on peut regarder le contenu en eau ci-dessous. On a une augmentation de ~0.4 g/kg sur la même période (par rapport à ~0.1 g/kg en 2000), soit une augmentation de 3%. Donc en conclusion, on a une augmentation du contenu en eau 2.5 (= 7 divisé par 3) moins rapide que l'augmentation de la capacité de la parcelle à contenir de l'eau sous forme liquide, surement car l'évaporation de l'eau (principalement dans les sources océaniques) se fait lentement. Donc l'humidité relative diminue.

 

 

C'est d'ailleurs ce qu'on voit (à l'échelle globale) avec une diminution de l'humidité relative de 0.5% sur la période (ci-dessous). Donc pour résumer le paradoxe, en augmentant la température, est plus difficile d'arriver à saturation et de précipiter en moyenne, mais si la saturation est atteinte (comme lors d'orages), elle permet des cumuls de pluies plus importants. Enfin, ne pas oublier qu'il y a d'autres facteurs que ces 3 là qui influencent le cumul total en précipitation.

 

 

 

Modifié 1 novembre par Pan

[Arkus]

Merci pour cette explication détaillée.

J'ai l'impression que c'est quelque chose qui a encore du mal à être compris par le public, qui croit voir un paradoxe dans le fait que le réchauffement de l'atmosphère induit un risque d'augmentation de l'intensité à la fois des sécheresses et des précipitations. Alors que ce sont deux conséquences directes de la même cause.

Je suis tombé sur le terme d'"éponge atompshérique" utilisé par Daniel Swain (https://bsky.app/profile/weatherwest.bsky.social/post/3l7u4cll52y26) qui me semble intéressant pour vulgariser ce concept. Intuitivement c'est assez facile de comprendre que si on augmente la taille de l'éponge, on absorbe plus d'eau quand elle est vide, mais on en récupère plus quand elle est pleine et qu'on l'essore.

[sebinnis]

Honnêtement je n'ai pas vraiment compris le poste de Pan, qui me semble assez technique. Intéressant pour les avertis sans doute. Concrètement à la fin du siècle si on prend en compte les tendances du GIEC, quelle sera l'augmentation de vapeur d'eau et quelles conséquences aussi si je prolonge la question, je suppose + d'inondations sur les secteurs méditerranéens (combo réchauffement de l'air + de l'eau) mais quid ailleurs en France ? 

[_sb]

Très schématiquement, Pan indique que l'augmentation de la température permet d'accroître la capacité de la masse d'air à contenir de la vapeur d'eau mais éloigne aussi le seuil de condensation (-> formation de nuages) et donc de précipitations. La métaphore n'est pas du tout rigoureuse mais elle peut aider : tu prends une carafe d'un litre, tu la remplis d'eau puis tu exerces une force avec ton poignet pour verser son contenu. Tu prends une carafe plus grande : tu pourras y mettre plus d'eau mais il te faudra exercer aussi une plus grande force pour la faire verser. Si tu as la force nécessaire, alors davantage d'eau coulera. Sinon, l'eau disponible dans la carafe sera plus importante mais elle ne s'écoulera pas.

C'est un des éléments d'incertitudes sur l'évolution des précipitations. La dépendance aux forçages peut être une piste en assignant des zones plus locales à concentrer plus de vapeur d'eau. Tel est le cas potentiel des régions méditerranéennes qui possèdent cette capacité : si la masse d'air contient suffisamment d'eau en un point pour atteindre la saturation alors il y a pluies et les pluies seront plus abondantes. Dans le même temps, atteindre ce niveau de saturation sera plus difficile. D'où l'idée du couple inondation (seuil atteint) - sécheresse (seuil pas atteint) en une même zone.

 

PS : l'emploi du mot force n'est pas approprié.

Modifié 1 novembre par _sb

[Damien49]

J'avais fait ce schéma une fois si ça peut aider (j'avais bien galéré à le faire ^^) :


 

C'est le cas 2 : air + chaud = taux d'évaporation > taux de condensation. Un air plus chaud augmente la capacité de vapeur car la pression qu'exerce la vapeur dans l'air (PVP) est devenue inférieure à la pression maximale exercée lorsque l'air est saturé (PVPS) qui augmente avec la chaleur (autrement dit, l'humidité relative devient < 100%). C'est ce déséquilibre de pression de vapeur qui provoque l'évaporation (d'une goutte d'eau par exemple), tant que l'humidité relative n'est pas de 100% ou que l'air ne s'est pas refroidi ou que l'eau condensée n'a pas augmenté en température.

Après ta question est sur un autre niveau d'échelle, mais c'est ce même principe thermodynamique.

[Matpo]

Voir aussi ici

https://planet-terre.ens-lyon.fr/ressource/eau-liquide-vapeur-atmosphere.xml

 

Tableau 1 et commentaires, mais tout est intéressant (et plutôt fascinant)

[Tecnop]

On 11/1/2024 at 4:21 PM, sebinnis said:

Honnêtement je n'ai pas vraiment compris le poste de Pan, qui me semble assez technique. Intéressant pour les avertis sans doute. Concrètement à la fin du siècle si on prend en compte les tendances du GIEC, quelle sera l'augmentation de vapeur d'eau et quelles conséquences aussi si je prolonge la question, je suppose + d'inondations sur les secteurs méditerranéens (combo réchauffement de l'air + de l'eau) mais quid ailleurs en France ? 

 

Attention, le lien entre l'intensification des précipitations extrêmes dans le futur et l'augmentation des conséquences hydrologiques (crues, et inondations) ne fait pas consensus dans la littérature scientifique.

Autour de la méditerranée, une diminution des précipitations moyennes en fin de siècle, ainsi qu'une augmentation de l'évapotranspiration potentielle influerait sur les conditions d'humidité des sols antérieures aux crues. Ces sols potentiellement plus sec pourrait avoir un rôle tampon qui contrebalancerait l'augmentation de l'intensité des précipitations, peut être jusqu'à un certain seuil.

 

Sources :

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1029/2018WR023749

https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0022169419304998

https://hess.copernicus.org/articles/23/4419/2019/

https://hess.copernicus.org/articles/25/1347/2021/

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S002216942300954X