Chapitre 2. La vapeur d'eau dans l'air

Un verre de glaçons posé sur une table se couvre de gouttes en quelques minutes. Le chapitre précédent a montré d'où venait cette eau : de l'air de la pièce. Mais il reste une question, et c'est la bonne : pourquoi les gouttes apparaissent-elles sur le verre froid, et pas sur la table, ni sur le mur, ni sur la main de celui qui regarde ?

La réponse tient à une propriété de l'air que ce chapitre installe, et dont tout le reste du volume dépend. Un volume d'air ne peut pas contenir n'importe quelle quantité de vapeur d'eau. Il a une limite, et cette limite change avec la température : plus l'air est chaud, plus il peut en contenir. Météo-France le dit en une phrase : « Concrètement, plus l'air est chaud, plus il peut contenir de vapeur d'eau. »

Une image aide, à condition de savoir où elle s'arrête : l'air se comporte comme une éponge dont la taille dépend de la température. Chauffez-la, elle grossit et absorbe davantage. Refroidissez-la, elle rétrécit, et ce qu'elle ne peut plus contenir sort. C'est ce dernier geste qui fait la rosée, le brouillard, la buée et les nuages. L'image s'arrête là : l'air n'absorbe pas l'eau comme une éponge absorbe, la vapeur se mélange simplement aux autres gaz. Mais la limite qui change avec la température, elle, est exacte.

Avant de parler de la vapeur d'eau, il faut savoir ce qu'elle côtoie. Selon Météo-France, l'atmosphère contient 78 % d'azote et 21 % d'oxygène. Ces deux gaz occupent donc à eux seuls la quasi-totalité de l'air, et leur proportion ne bouge pratiquement pas d'un endroit à l'autre. Un détail de lecture évite ici une addition fausse : ces deux pourcentages se rapportent à l'air débarrassé de sa vapeur d'eau. La vapeur s'y ajoute et repousse le reste d'autant ; c'est pourquoi additionner 78, 21 et la part de vapeur dépasse cent et ne veut rien dire.

La vapeur d'eau, elle, occupe une place modeste et très variable : entre 0,1 % et environ 5 % de l'air ambiant, toujours selon Météo-France. Retenez les deux mots de cette phrase : modeste et variable. Modeste, parce que la vapeur d'eau est un composant minoritaire de l'air. Variable, parce qu'elle est le seul composant de l'air dont la proportion change d'un jour à l'autre, d'une région à l'autre, et même d'une heure à l'autre.

Cette variabilité est ce qui rend la météo possible. Un air dont la composition ne changerait jamais n'aurait ni nuages, ni pluie, ni brouillard. C'est parce que la vapeur d'eau entre et sort sans cesse de l'atmosphère, par évaporation et par condensation, qu'il y a un temps qu'il fait.

Quand un volume d'air contient toute la vapeur d'eau qu'il peut contenir à sa température, on dit qu'il est saturé. Ajoutez-en davantage, ou refroidissez-le, et l'excédent ne peut plus rester à l'état gazeux : il se condense.

L'humidité relative mesure la distance à cette saturation. Météo-France la définit comme « le rapport entre la quantité de vapeur d'eau contenue dans l'air et la quantité maximale possible, exprimée en pourcentage ». À 100 % d'humidité relative, l'air est saturé. À 0 %, il serait parfaitement sec, ce qui n'arrive jamais dans la nature : en France métropolitaine, l'humidité descend très rarement au-dessous de 20 %.

Le mot relative est celui qui trompe, et il mérite qu'on s'y arrête. Une humidité de 80 % ne dit pas combien d'eau il y a dans l'air : elle dit que l'air contient 80 % de ce qu'il pourrait contenir à sa température. Or ce maximum change avec la température. Un air à 80 % un matin d'hiver à cinq degrés contient donc beaucoup moins d'eau qu'un air à 80 % un après-midi d'été à trente degrés, alors que le chiffre affiché est le même. Deux fois le même pourcentage, deux quantités d'eau très différentes.

Voilà pourquoi un air d'hiver, qui affiche souvent des humidités élevées, assèche les lèvres et les mains une fois entré dans une maison chauffée : en le réchauffant, on augmente sa capacité maximale sans lui ajouter d'eau, donc on fait chuter son humidité relative.

Tout ce chapitre se ramène à une seule condition, et elle vaut aussi bien pour un verre de limonade que pour un nuage de plusieurs kilomètres : il y a condensation quand l'air atteint sa température de point de rosée, c'est-à-dire quand il est refroidi jusqu'à la saturation.

Il n'y a donc que deux façons d'obtenir de la condensation. La première est d'ajouter de la vapeur d'eau à un air qui est déjà proche de sa limite. La seconde, de très loin la plus fréquente dans la nature, est de refroidir l'air sans rien lui ajouter. Un air refroidi voit sa capacité maximale diminuer ; à un moment, cette capacité passe sous ce qu'il transporte déjà, et le surplus tombe à l'état liquide.

Reprenons alors le verre de glaçons. Le verre lui-même ne fabrique rien : il refroidit la mince couche d'air qui le touche. Cette couche d'air, refroidie sous son point de rosée, ne peut plus garder toute sa vapeur, et le surplus se dépose sur la surface la plus proche, qui est la paroi. La table et le mur, eux, sont à la température de la pièce : ils ne refroidissent aucun air, donc rien ne s'y dépose. La question posée en ouverture est résolue.

Reste à savoir ce qui refroidit une surface quand personne ne la refroidit. La réponse tient en une observation que chacun a faite : une nuit claire est plus froide qu'une nuit couverte. Un objet posé dehors perd en permanence de la chaleur vers le ciel ; quand le ciel est dégagé, rien ne lui renvoie cette chaleur, et il descend nettement en dessous de la température de l'air. Quand un écran le couvre, un nuage, un arbre, un auvent, une table de jardin, cet écran lui renvoie une part de ce qu'il perd, et il reste plus chaud. C'est ce simple partage qui explique pourquoi la rosée se dépose sur l'herbe à découvert et pas sur l'herbe abritée.

Notez le mot qui a servi : refroidir. Retenez-le. Les chapitres suivants ne feront que le décliner : refroidir de l'herbe pendant la nuit donne la rosée, refroidir tout l'air d'une vallée donne le brouillard, refroidir de l'air en le faisant monter donne un nuage.

Le brouillard mérite sa propre section parce qu'il fait le pont avec le chapitre suivant. Météo-France le définit comme « la suspension dans l'atmosphère de très petites gouttelettes d'eau réduisant la visibilité au sol à moins d'un kilomètre », et ajoute une phrase qui vaut toute une leçon : « le brouillard est en fait un nuage dont la base touche le sol ».

Autrement dit, il n'y a pas d'un côté les brouillards et de l'autre les nuages : il y a un seul objet, et la seule différence est l'altitude de sa base. Marcher dans le brouillard, c'est marcher dans un nuage. Un randonneur qui monte vers une couche de nuages bas traverse la même chose sans changer de nom, et le chapitre suivant donnera son nom exact à cette couche.

Le seuil du kilomètre de visibilité n'est pas une commodité de langage : c'est une convention de mesure, qui permet à toutes les stations du monde de coder la même situation de la même façon. En dessous, on parle de brouillard ; au-dessus, on parle de brume. Un chiffre partagé rend les observations comparables, et le chapitre sur la mesure y reviendra.