Le climat se définit par un ensemble de données qui ont un impact sur l’atmosphère sur une période donnée ; les éléments impactant ce dernier peuvent être : les précipitations, les vents, l’ensoleillement, la température et enfin l’humidité. Les états de l’atmosphère peuvent être analysés sur une période donnée et sur un lieu défini. Parmi ces indicateurs, la température de bulbe humide (wet bulb temperature) s'est imposée comme une mesure critique, dépassant le cadre de la simple météorologie pour devenir un outil fondamental de santé publique et de dimensionnement industriel.
Les fondements du concept : Pourquoi mouiller un thermomètre ?
La température de thermomètre mouillé est la température mesurée par un thermomètre humide, en général en recouvrant le bulbe du thermomètre avec un linge qui trempe dans une réserve d’eau. Contrairement à d’autres indicateurs de confort thermique, comme le thermomètre-globe mouillé, l’UTCI ou humidex, qui sont d’invention récente, cette mesure est répandue dès le XIXe siècle. Pourquoi ? Parce que la comparaison de la valeur affichée par deux thermomètres, l’un sec l’autre mouillé, permet d’évaluer l’humidité de l’air - une information très utile pour de nombreux procédés industriels ou en agronomie.
L’intérêt d’un thermomètre humide est qu’il mesure la température de l’air mais qu’il est aussi refroidi par l’évaporation de l’eau avec laquelle il est en contact. Il reproduit ainsi les deux principaux mécanismes dont le corps humain dispose pour réguler sa température : le contact avec l’air ambiant et l’évaporation de la transpiration. Ce n’est donc pas la transpiration qui nous rafraîchit, mais son évaporation. Et plus l’humidité est importante, moins le corps sera capable de se rafraîchir.
La mesure et le calcul : Au-delà de l'observation empirique
Lorsqu’il n’est pas possible de la mesurer directement, la température de thermomètre mouillé peut être calculée à partir de la température ordinaire et de l’humidité. Les deux valeurs les plus importantes sont T, pour la température de l’air (ou température sèche, dry-bulb), qui est la température donnée par un thermomètre non exposé à la lumière directe du soleil, et RH% pour l’humidité relative, qui est le rapport entre la quantité de vapeur d’eau présente dans l’air et la quantité qu’il pourrait contenir à une température donnée.
La formule la plus fréquemment utilisée pour cela est la formule de Stull : *Tw = T * arctan(0.151977 * (RH% + 8.313659)^0.5) + arctan(T + RH%) - arctan(RH% - 1.676331) + 0.00391838 * (RH%)^1.5 * arctan(0.023101 * RH%) - 4.686035*
Il ne s’agit cependant que d’une évaluation : cette formule est valable dans la plupart des conditions usuelles mais elle a des limites, et d’autres méthodes existent. Même si la formule de Stull reste assez simple, la calculer à la main va vite devenir pénible. Voici comment on peut l’implémenter avec Python :
import mathdef calculate_wet_bulb(T, RH): # Implémentation de la formule de Stull tw = T * math.atan(0.151977 * (RH + 8.313659)**0.5) + math.atan(T + RH) - math.atan(RH - 1.676331) + 0.00391838 * (RH**1.5) * math.atan(0.023101 * RH) - 4.686035 return twPython, c'est quoi ?
Importance du bulbe humide dans le contrôle climatique industriel
La carte des climats avec l’humidité maximum en France est un outil de référence pour la déshumidification de l’air. Elle permet d’établir un dimensionnement selon les données météorologiques régionales. Elle détermine le taux d’humidité par département, et donc, permet de définir l’équipement de déshumidification industriel le plus adéquat selon le climat dans lequel il est installé.
Depuis 1999, DESSiCA dimensionne, conçoit et fabrique des déshydrateurs, déshumidificateurs et unités modulables de déshydratation de l’air pour les professionnels et les industriels. Dans le domaine de la climatisation, la température de bulbe humide est un paramètre critique qui influence l’efficacité des systèmes de refroidissement. Les climatiseurs et les refroidisseurs évaporatifs utilisent la température de bulbe humide pour maximiser la capacité de refroidissement et minimiser la consommation d’énergie. Une meilleure compréhension de la température de bulbe humide permet aux ingénieurs et aux techniciens de concevoir des systèmes qui fonctionnent de manière optimale dans différentes conditions climatiques.
Le seuil de survie : Un enjeu de santé publique mondial
Avec la vague de chaleur qui s’acharne sur l’Inde et le Pakistan depuis avril, une mesure inhabituelle revient souvent dans les médias : la température de thermomètre mouillé. Si cet indicateur suscite autant d’intérêt, c’est parce qu’il permet d’évaluer simplement à partir de quand un être humain risque de mourir de chaud. Lorsqu’un thermomètre mouillé affiche une température égale ou supérieure à celle de notre corps, cela signifie que ces deux mécanismes ne permettent plus de nous rafraichir. La température corporelle va augmenter et causer en quelques heures une hyperthermie fatale.
En théorie, la température de thermomètre mouillée maximale qu’un humain peut supporter est fixée à 35°C. Au-delà un coup de chaleur est inévitable. Cependant, une étude récente suggère que ce seuil pourrait être plus bas, autour de 31°C. Les auteurs de ces travaux alertent sur le fait que nous ayons sous-estimé le risque : « nos études sur de jeunes hommes et femmes en bonne santé montrent que cette limite environnementale supérieure est encore plus basse que la théorie des 35 °C. Il s’agit plutôt d’une température au thermomètre humide de 31 °C ».
Dynamique climatique et perspectives futures
Le changement climatique augmentera le nombre de jours d’exposition à une chaleur extrême dangereuse, mesurée par l’indice de chaleur pour la santé. Comme la température augmente, des zones du globe vont être de plus en plus chaudes et, comme la température augmente, la vapeur d’eau, il y a plus d’évaporation aussi. Des endroits combinent à la fois des températures élevées et une concentration en vapeur d’eau qui est assez élevée et humide.
Les cartes de température potentielle du bulbe humide (Theta-w) sont utiles pour identifier des masses d’air spécifiques et effectuer des analyses frontales. En parcourant la littérature scientifique, on se rend compte que nous nous rapprochons de plus en plus de ce seuil, voire le dépassons, dans plusieurs parties du globe et avec des décennies d’avance. Des régions inhabitables, et même si l’Europe par exemple est moins concernée puisque le climat est tempéré et non tropical, elle est aussi surveillée. L’enjeu est d’anticiper, partout, car ces événements de température humide extrême ont été multipliés par 2 depuis 40 ans.
Applications sectorielles et gestion du risque
La température de bulbe humide a de nombreuses applications pratiques dans différents domaines :
- Agriculture : Les agriculteurs utilisent la température du bulbe humide pour planifier l’irrigation et surveiller la santé des plantes. Connaître l’humidité de l’air permet de mieux comprendre les besoins en eau des plantes et d’irriguer plus efficacement.
- Secteur de la construction : Dans l’industrie du bâtiment, la température de bulbe humide est utilisée pour déterminer les conditions de séchage du béton et d’autres matériaux. Une connaissance précise de l’humidité de l’air peut aider à optimiser les temps de séchage et à éviter la formation de fissures.
- Sports et loisirs : Lors d’activités en plein air, la température du thermomètre humide est un indicateur important du stress dû à la chaleur et de la nécessité de faire des pauses ou de s’hydrater davantage.
- Production d’énergie et logistique : Dans les centrales électriques qui utilisent le refroidissement par évaporation, c’est un paramètre essentiel pour maximiser l’efficacité. Pour le transport de denrées alimentaires, il est important de surveiller la température du bulbe humide afin d’optimiser les conditions pendant le stockage et le transport.
Il existe une différence entre une journée chaude et sèche et une journée chaude et humide. L’humidité peut avoir un impact considérable sur la façon dont nous ressentons la chaleur et sur la capacité de notre corps à se refroidir. L’Humidex, innovation canadienne utilisée pour la première fois en 1965, indique de quelle manière le temps chaud et humide est perçu par une personne moyenne. Il combine la température et l’humidité en une seule donnée pour refléter la température perçue. L’Humidex est un calcul, à ne pas confondre avec le thermomètre humide que l’on peut mesurer via un psychromètre.
Inégalités face aux risques de chaleur extrême
Qui souffre le plus des canicules ? Pour y répondre, il faut souligner le fait que cela ne dépend pas que des seuils géophysiques. Il y a un aspect sociétal très important et des inégalités face aux risques de chaleur extrême. Cela dépend de la zone géographique, du pays, et même à l’intérieur du pays, des différents revenus pour s’adapter. C’est le cas aux Émirats arabes unis, où l’électricité et la climatisation sont abondantes. Rappelons également que la climatisation a plusieurs limites et peut se transformer en mal-adaptation.
Le même constat peut être fait pour les différents métiers, même au sein d’une même ville. Une personne travaillant dans le BTP ou dans l’agriculture, notamment via son activité physique, sera bien plus susceptible de subir les effets d’une vague de chaleur qu’une personne travaillant dans un bureau climatisé. Ajoutez à cela des maladies cardiaques, des maladies chroniques, des problèmes respiratoires ou autres problèmes de santé, et vous aurez toutes les conditions réunies pour les symptômes d’un coup de chaleur : température élevée, crampes, maux de tête, symptômes neurologiques, etc.
Paramètres atmosphériques complémentaires
Pour compléter l'analyse de la température de bulbe humide, d'autres indicateurs sont cruciaux :
- Déficit de pression de vapeur (DPV) : Il correspond à la différence entre la quantité d’humidité dans l’air et la quantité d’humidité que l’air peut encore absorber à une certaine température jusqu’à ce qu’il soit saturé. Le déficit de pression de vapeur est l’un des facteurs les plus importants qui influencent la transpiration des plantes.
- Thêta-e (Température potentielle équivalente) : C'est la température qu’aurait un échantillon d’air si toute son humidité était condensée par un processus adiabatique et si l’échantillon était ensuite ramené à 1000 hPa par un processus adiabatique sec.
- Évapotranspiration : Elle est la somme de l’évaporation (sols, lacs, mers) et de la transpiration (plantes). Cette valeur est une agrégation de conditions sur des zones plus vastes et ne peut pas représenter les conditions spécifiques d’un lieu, d’une forêt ou d’un champ, mais peut être utilisée pour faire des comparaisons régionales et voir les gradients.
L’humidité moyenne de l’air est différente selon les régions de France et les climats régionaux. Elle est influencée par les vents régionaux et les températures. Les données (température moyenne et Humidité Relative) sont fournies par Météo France sur les dix dernières années. Ces informations permettent non seulement une meilleure compréhension des phénomènes météorologiques, mais assurent également une gestion plus fine des ressources énergétiques et une protection accrue des populations face aux défis posés par les changements climatiques contemporains.
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