Rapport de mélange
Le rapport de mélange (r) d'un volume d'air désigne le rapport de la masse de vapeur d'eau qu'il contient à la masse d'air sec. On l'exprime généralement en g/kg : grammes de vapeur d'eau par kg d'air sec. C'est une mesure de l'humidité absolue de l'air, par opposition à l'humidité relative qui se retrouve en divisant le rapport de mélange par le rapport de mélange saturant.
Rapport de mélange saturant[edit | edit source]
Pour une température et une pression donnée, un volume donné d'air ne peut contenir qu'une certaine masse de vapeur d'eau et a donc un rapport de mélange maximal, dit rapport de mélange saturant rw ou encore rapport de mélange à saturation. Si on continue à apporter de la vapeur d'eau à de l'air lorsque son rapport de mélange saturant est atteint, l'eau commence à se condenser.
À pression constante, le rapport de mélange saturant est croissant avec la température. Cela signifie que de l'air plus chaud peu contenir plus de vapeur d'eau. Cela signifie aussi que si la température dimimue, le rapport de mélange saturant peu diminuer jusqu'à atteindre le rapport de mélange de l'air, et on observe alors la condensation de l'humdité. C'est le principe du brouillard d'advection : de l'air ayant une certaine humidité et poussé par le vent au contact d'une surface froide fini par arriver à saturation.
| température | rapport de mélange à saturation |
|---|---|
| (°C) | (g/kg) |
| -10 | 1,6 |
| 0 | 3,8 |
| 10 | 7,6 |
| 20 | 14,7 |
| 30 | 27,2 |
| 40 | 48,9 |
À température constante, le rapport de mélange saturant est décroissant avec la pression. Cela signifie que de l'air très comprimé peut contenir moins de vapeur que de l'air faiblement comprimé.
Au cours d'une détente adiabatique (diminution de pression et de température mais sans échange de chaleur), le rapport de mélange saturant diminue. L'effet de la diminution de température l'emporte sur celui de la diminution de pression. Une parcelle d'air ascendante qui n'échange ni chaleur ni humidité avec l'air environnant telle qu'une ascendance thermique ou dynamique exploitée par les pilotes de vol libre voit donc son rapport de mélange saturant diminuer avec l'altitude, ce qui signifie que l'humidité va finir par se condenser. C'est le principe de l'apparition des cumulus créés par les ascendances thermiques et des nuages orographiques créés par la déflexion du vent par un relief.
Rapport de mélange, émagramme et base des cumulus[edit | edit source]
Les courbes donnant la variation de température en fonction de la pression à rapport de mélange saturant constant (courbes iso-rw) sont tracées sur les émagrammes. On détermine donc facilement le rapport de mélange saturant pour chaque en trouvant quelle courbe iso-rw correspond à la température à l'air libre. Sachant que l'eau commence à se condenser lorsque le rapport de mélange saturant atteint le rapport de mélange réel et que la température de l'air atteint la température du point de rosée, on en conclu que le rapport de mélange saturant correspondant au point de rosée est égal au rapport de mélange réel. On détermine donc le rapport de mélange réel sur un émagramme grace a la courbe de température de rosée.
Dans l'exemple suivant, on utilise ce raisonnement pour déterminer l'altitude de la base des cumulus sur un émagramme. On suppose que le sol est à la pression 1000 hPa et à l'altitude 0 m. On suppose aussi que l'atmosphère est instable au moins jusqu'à 3500 m d'altitude, donc les thermiques peuvent monter au moins jusqu'à cette altitude. On connait la température de l'air au sol (point A) : 30 °C. La température du point de rosée au sol est connue également (point B) : 0°C. On en déduit le rapport de mélange de l'air : 4 g/kg. Lorsqu'une bulle d'air quitte le sol, elle se refroidit et sa température décroit en suivant l'adiabatique sèche de température potentielle (T à 1000 hPa) θ=30°C (ligne bleu). On fait la supposition raisonnable que le rapport de mélange ne varie pas au cours de l'ascension de la bulle, c'est à dire que la bulle d'air n'échange pas d'eau avec l'air environnant. La température du point de rosée suit donc la ligne iso-rw 4 g/kg (ligne pointillée rouge). L'altitude de condensation de l'eau, l'altitude de la base des cumulus, est donc celle du point du graphique où l'adibatique sèche θ=30°C croise l'iso-rw 4 g/kg : environ 3500 m.
