Une vapeur est une substance en phase gazeuse qui se trouve à une température inférieure au point critique. En raison de cette caractéristique, la vapeur peut être condensée en liquide ou en solide en augmentant sa pression sans réduire sa température.
C'est-à-dire qu'il s'agit d'un gaz qui peut être condensé à température constante en augmentant la pression. En revanche, pour transformer un gaz non vaporeux en liquide, il ne suffit pas d'augmenter la pression, mais il faut diminuer la température.
Par exemple, l’eau a une température critique de 374 °C (647 kelvins), qui est la température la plus élevée à laquelle l’eau liquide peut exister.
La vapeur peut coexister avec un liquide ou un solide. Dans ce cas, les deux phases seront en équilibre et la pression du gaz sera égale à la pression de vapeur d'équilibre du liquide (ou du solide).
Normalement, le mot vapeur, si la substance n'est pas spécifiée, fait généralement référence à la vapeur d'eau.
Définition : Qu'est-ce que la vapeur d'eau ?
La vapeur d'eau est un gaz produit par ébullition lorsque l'eau est chauffée à 100 °C (point d'ébullition de l'eau) et à une atmosphère de pression.
À ce stade, on dit que l’eau est en changement de phase. À ce moment-là, si nous continuons à fournir de la chaleur, la température n’augmente pas jusqu’à ce que l’eau se soit évaporée.
Dans ces conditions de pression, au-dessus de 100 degrés Celsius, l’eau pure est à l’état gazeux.
Nous utilisons souvent ce terme pour désigner la vapeur humide, l'aérosol de gouttelettes d'eau qui se forment lorsqu'elles se condensent, le brouillard, etc. Cependant, la vapeur sèche est invisible.
L'humidité relative est le rapport entre la pression partielle de vapeur d'eau dans un gaz (principalement dans l'air) et la pression d'équilibre de la vapeur saturée à une température donnée.
L'humidité absolue est la quantité de vapeur d'eau contenue dans 1 mètre cube d'air à une température donnée.
État vapeur
L'état de vapeur est l'état dans lequel se trouve un gaz lorsqu'il est en dessous de la température critique.
À l'état gazeux, les molécules qui le composent ne réagissent pas entre elles en formant des liaisons moléculaires, mais ont plutôt tendance à se repousser. En se repoussant, les molécules d'eau adoptent la forme et le volume du récipient qui les contient et tendent à se séparer et à occuper tout le volume disponible.
Caractéristiques de la vapeur d'eau
La vapeur d’eau est la phase gazeuse de l’eau et possède une série de propriétés physiques et chimiques qui la rendent essentielle à de nombreux processus naturels et industriels.
1. Incolore et inodore
La vapeur d’eau à l’état pur est un gaz incolore et inodore. Cependant, lorsqu'il se trouve en grande quantité et commence à se condenser, il peut devenir visible sous forme de brouillard ou de nuages de petites gouttelettes d'eau en suspension dans l'air.
2. Une partie du cycle hydrologique
C'est un élément essentiel du cycle de l'eau. Il est produit par évaporation et transpiration, monte dans l'atmosphère, se condense sous forme de nuages et revient finalement à la surface de la Terre sous forme de précipitations (pluie, neige ou grêle).
3. Gaz à effet de serre
La vapeur d’eau agit comme un gaz à effet de serre, absorbant et retenant la chaleur dans l’atmosphère terrestre. Il régule la température de la planète et joue un rôle clé en climatologie et en météorologie.
4. Expansion et pression
Lorsque l’eau se transforme en vapeur, elle subit une grande expansion de volume. À haute température et pression, ce phénomène est utilisé dans les moteurs et les turbines pour générer du mouvement et de l'énergie mécanique.
5. Conductivité thermique et capacité thermique
La vapeur d’eau a une capacité thermique élevée, ce qui signifie qu’elle peut stocker et transférer de grandes quantités de chaleur. Il est donc utilisé dans les systèmes de chauffage, la production d’énergie et les processus industriels où la transmission de chaleur est nécessaire.
6. Changements d'état et condensation
En refroidissant, la vapeur d’eau se condense en minuscules gouttelettes de liquide, formant des nuages, du brouillard ou de la rosée. Ce processus est essentiel à la formation des précipitations et à la régulation de l’équilibre thermique de l’atmosphère.
Différence entre le gaz et la vapeur
La vapeur est un type de gaz, mais tous les gaz ne sont pas de la vapeur.
Si on comprime un gaz en maintenant la température, le gaz ne change pas d'état, il reste un gaz. Cependant, en augmentant la pression à température constante, la vapeur peut devenir liquide.
Le gaz occupe tout l’espace disponible alors que la vapeur ne se comporte pas de cette façon.
Importance de la vapeur
La vapeur est un élément essentiel à la vie sur Terre, jouant un rôle fondamental dans divers processus naturels et technologiques.
Sa présence dans l’atmosphère influence le climat et le cycle hydrologique, tandis que son utilisation par l’homme a été essentielle au développement de l’industrie et de la production d’énergie. De la révolution industrielle à nos jours, l’utilisation de la vapeur a permis des avancées significatives dans la production de travail mécanique et d’électricité.
Importance dans l'environnement
La vapeur d’eau est un composant essentiel de l’atmosphère terrestre et un gaz à effet de serre qui, comme le dioxyde de carbone, contribue à la régulation thermique de la planète. Il absorbe et retient une partie du rayonnement solaire réfléchi par la surface de la Terre, contribuant ainsi à maintenir une température propice à la vie. Cependant, des changements dans leur concentration peuvent influencer le réchauffement climatique et la variabilité climatique.
De plus, la vapeur d’eau joue un rôle essentiel dans le cycle hydrologique, qui est le processus continu de circulation de l’eau sur Terre. Par évaporation, l’eau passe des rivières, des océans et des lacs vers l’atmosphère, formant des nuages qui produisent plus tard des précipitations.
Ce cycle est essentiel au maintien des écosystèmes, à la régulation du climat et à l’approvisionnement en eau douce pour la consommation humaine, l’agriculture et d’autres activités essentielles.
Importance dans l'industrie
Les propriétés de la vapeur ont permis le développement de la machine à vapeur, une invention qui a complètement transformé l’industrie et la société pendant la révolution industrielle.
Grâce à la capacité de la vapeur à générer du mouvement, des machines à vapeur ont été mises en œuvre dans les usines, facilitant la mécanisation de la production et augmentant l'efficacité des processus industriels. Cela a marqué le début d’une ère de modernisation, avec des avancées dans des secteurs tels que l’exploitation minière, l’industrie manufacturière et les transports.
Dans le domaine des transports, les locomotives à vapeur ont révolutionné la mobilité terrestre, permettant des déplacements plus rapides et plus efficaces. De même, les bateaux à vapeur ont facilité l’expansion du commerce maritime, réduisant les temps de navigation et augmentant la capacité de chargement.
Ces avancées ont contribué à l’intégration des marchés et à la croissance économique mondiale.
Production d'électricité
La vapeur continue de jouer un rôle crucial dans la production d’électricité, en particulier dans les centrales thermiques et nucléaires.
Dans ces installations, l’énergie thermique obtenue à partir de combustibles fossiles (tels que le charbon, le gaz et le pétrole) ou de la fission nucléaire est utilisée pour chauffer l’eau et générer de la vapeur à haute pression. Cette vapeur actionne des turbines à vapeur reliées à des générateurs électriques, transformant l'énergie thermique en énergie mécanique et, par la suite, en électricité.
Ce principe de fonctionnement est à la base de nombreuses centrales de production d’électricité dans le monde, car la vapeur permet d’exploiter différentes sources de chaleur pour produire efficacement de l’électricité.
De plus, les turbines à vapeur ont évolué avec des améliorations technologiques qui augmentent leur efficacité et réduisent leur impact environnemental, contribuant à la transition vers un système énergétique plus durable.