Champagne et point de rosée
Quel rapport y-a-t’ il entre champagne et point de rosée ? Vous séchez ? Ce rapport, c’est la pression de vapeur saturante…
La pression de vapeur saturante est la pression pour laquelle il y a équilibre entre la phase vapeur et la phase liquide d’une substance chimique. Cela signifie en clair qu’il y a à tout instant autant de molécules de cette substance qui passent de l’état liquide à l’état gazeux (évaporation) que de molécules qui passent de l’état gazeux à l’état liquide (condensation). La pression de vapeur saturante augmente avec la température.
A l’air libre, la pression de vapeur saturante doit être comparée à la pression partielle de vapeur de la substance considérée. La pression de vapeur saturante est alors la pression partielle de vapeur au-delà de laquelle l’air devient saturé d’humidité. Si l’évaporation du liquide est entretenue, il se produira nécessairement une condensation pour compenser la formation de nouvelles molécules à l’état gazeux.
La température d’ébullition d’un liquide soumis à une pression totale P donnée correspond à la température pour laquelle la pression de vapeur saturante est égale à P. Si on chauffe le liquide (si on lui communique l’énergie nécessaire pour que des molécules passent à l’état gazeux) le liquide va s’évaporer puisque la pression partielle de cette substance à l’état gazeux est nécessairement inférieure ou égale à la pression totale P. Prenons le cas de l’eau sous une atmosphère à 100 degrés. L’apport continuel d’énergie tend à évaporer l’eau en surface. La pression de vapeur de l’eau (l’humidité) augmente localement au-dessus de la surface. Comme les molécules d’eau sont plus légères que les molécules d’air (masse molaire de 18 à comparer à une masse molaire de 29) l’humidité monte et il y a un continuel renouvellement du gaz au-dessus de la surface du liquide. La pression de vapeur ne pouvant pas augmenter l’évaporation se poursuivra tant qu’il y aura de l’eau à l’état liquide. Il se forme également des bulles de vapeur dans le liquide : la pression de ces bulles est en équilibre avec celle de l’eau qui est à une atmosphère.
Considérons maintenant le cas d’un liquide placé dans un réservoir étanche dont on peut faire varier le volume à température constante. Soit Pres la pression à l’intérieur du réservoir. Si on augmente le volume du réservoir, Pres va diminuer (PresV = RT). Lorsque Pres passera en dessous de Psat, le liquide se mettra à bouillir jusqu’à ce que le gaz qui s’évapore fasse remonter la pression Pres au-dessus de Psat. C’est ce qui explique le phénomène d’ébullition d’un liquide sous vide.
Dans une bouteille de champagne la fermentation produit du gaz carbonique. La pression du gaz dans la bouteille qui est fermée hermétiquement va rapidement augmenter et se maintiendra au-dessus de la pression de saturation. La plus grande partie du gaz carbonique restera donc dissous dans le liquide. Quand on débouche la bouteille, la pression dans le goulot chute brutalement, ce qui conduit à un dégazage rapide et à la production d’une jolie mousse. Ce phénomène ne concerne pas que le champagne, il s’applique bien sûr à toutes les boissons pétillantes, alcoolisées ou non (dans le cas des boissons non-alcoolisées, elles sont mises en bouteille sous pression).
Revenons à l’eau et à l’humidité ambiante. Dans des conditions météorologiques normales, la pression ambiante et la pression partielle de vapeur d’eau varient lentement, plus lentement que la température. En fin de nuit par exemple, la chaleur emmagasinée par le sol s’est évacuée par rayonnement infrarouge et la température du sol baisse. De ce fait, la température à proximité du sol baisse également entraînant avec elle la chute de la pression de saturation de l’eau. Lorsque celle-ci passe en-dessous de la pression partielle de vapeur d’eau il se forme de la rosée. Le point de rosée est la température pour laquelle, pour une pression ambiante donnée et une densité de vapeur d’eau dans l’air donnée, la pression partielle de vapeur devient égale à la pression de saturation.
Remarque : ne pas confondre densité de vapeur d’eau avec taux d’humidité relative. Le taux d’humidité relative est rapport entre pression de vapeur et pression de vapeur saturante. Au point de rosée il est, par définition, égal à 100%.
