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Evaporation (HU)

De Wikigeotech

Traduction anglaise : Evaporation

Dernière mise à jour : 31/3/2020

Phénomène physique correspondant au passage progressif (vaporisation lente) d'un corps de l'état liquide à l'état gazeux.

Sommaire

L'évaporation à l'origine de l'hydrologie

En hydrologie on s'intéresse spécifiquement à l'évaporation de l'eau et plus particulièrement de son retour à l'atmosphère de l'eau depuis la surface. Ce phénomène joue un rôle fondamental en hydrologie puisque l'évaporation de l'eau dans les océans initie le cycle hydrologique et que, de façon plus générale, l'évaporation, que ce soit sur les surfaces marines et continentales, est à l'origine des précipitations. Les plantes jouent un rôle très important dans ce phénomène en pompant l'eau du sol et en la transpirant. Ce phénomène est traité au mot Evapotranspiration (HU).

Si l'évaporation des océans initie le cycle hydrologique et alimente en pluie les zones continentales qui en sont proches, c'est bien l'évaporation des forêts qui est à l'origine des précipitations au cœur des continents ; crédit photo Bernard Chocat.

Facteurs conditionnant la capacité d'évaporation

Ce phénomène nécessite un apport d'énergie. Il est très actif sous le rayonnement solaire direct mais a lieu presque sans arrêt, même pendant la nuit. Lorsque que l'eau s'évapore dans l'atmosphère, l'air près du sol se sature assez rapidement, ce qui auto-limite le phénomène. Le taux d'évaporation dépend en effet de l'humidité relative, c'est à dire du rapport entre la quantité de vapeur d'eau contenue dans l'air et la quantité maximum que l'air peut contenir (conditions de saturation en humidité). Les éléments importants conditionnant l'évaporation sont donc le vent (qui détermine les possibilités de renouvellement de l'air au voisinage de la surface évaporante), la température de l'air et sa pression qui conditionnent le taux de saturation, la température du sol et le rayonnement solaire qui jouent sur la quantité d'énergie fournie à la surface évaporante.

Évaluation de la capacité d'évaporation

L'évaporation peut être mesurée localement en utilisant un lysimètre, récipient plat, carré ou circulaire, de 1 à 2 mètres de dimension, rempli d'eau sur une profondeur de 150 à 600mm selon l'équipement standard en service dans le pays. Il existe également un certain nombre de formules qui permettent une évaluation grossière des capacités d'évaporation en l'absence de mesures locales.

Prise en compte de l'évaporation en hydrologie

Rôle dans le bilan hydrique

L'évaporation et l'évapotranspiration sont des composantes importantes dans l'établissement des bilans hydriques, par exemple pour le calcul des capacités de production des bassins fluviaux, le volume nécessaire pour des réservoirs, la connaissance des quantités d'eau nécessaires pour l'irrigation des récoltes, etc.

Évaporation et pertes à l'écoulement

L'ordre de grandeur du pouvoir évaporant moyen de l'atmosphère varie de 1 à 10 mm par jour en été. Au cours d'un événement pluvieux, ce taux est pratiquement atteint par l'évaporation survenant au cours du trajet des gouttes de pluie entre le nuage et le sol. La quantité d'eau ainsi évaporée n'intervient généralement pas dans les calculs de l'hydrologue qui commence ses calculs avec la hauteur de précipitation mesurée au niveau du sol (sauf dans le cas d'une mesure radar effectuée à une altitude élevée). Ce phénomène provoque cependant la saturation de l'air en vapeur d'eau. L'évaporation ne recommence qu'à la fin de l'averse, et son rôle consiste à sécher les sols perméables (ce qui augmente la capacité d'infiltration de ces derniers en cas d'une nouvelle averse), et à faire disparaître l'eau accumulée dans les dépressions du sol. En pratique, le taux d'évaporation réel au cours d'un orage ne semble pas dépasser quelques dixièmes de millimètres. Il peut facilement être négligé en tant que perte au ruissellement.

L'évaporation ne contribue pas significativement aux pertes initiales mais joue un rôle dans l'assèchement des sols après la pluie ; crédit photo Bernard Chocat.

Prise en compte de l'évaporation dans le cas des techniques alternatives

L'évaporation doit cependant être parfois considérée en hydrologie urbaine. Par exemple lorsque l'on envisage d'implanter des bassins de retenue en eau. Il est en effet indispensable de compenser ses effets par des apports d'eau si l'on veut éviter une baisse du plan d'eau très préjudiciable à son aspect et à son comportement écologique. Dans le cas de sols peu perméables (conductivité hydraulique inférieure à 10-7 m/s), l’évaporation et l’évapotranspiration constituent également des moyens aussi efficaces que l’infiltration pour évacuer l’eau des dispositifs de stockage. La représentation de ce phénomène nécessite une simulation en continue du comportement des ouvrages sur le longues périodes (plusieurs années) pour tenir compte de l'alternance entre les périodes de pluie et les périodes sèches.

Évaporation et climatisation urbaine

Comme indiqué précédemment, le changement d'état liquide -> vapeur nécessite un apport d'énergie. L'évaporation de l'eau absorbe donc de la chaleur. Par exemple l'évaporation de 1 gramme d'eau à 25 °C nécessite environ 2 400 joules. Si cette chaleur est absorbée sur l'air environnant, elle abaisse d'un degré la température de 2,3 m3 d'air.

Mobiliser la capacité d'évaporation de l'air en été constitue donc un moyen très efficace de climatiser la ville et de lutter contre les ilots de chaleur urbains.

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