calcul de la condensation dans galeries souterraines

Bonjour Pierre


Il n'y a pas de méthode simple pour déterminer le volume de condensats dans ce cas de figure. Le principe de l'évaporation, donc de facto, de la condensation, est régi par de nombreuses lois relevant de la thermodynamique qui toutes posent en postulat première le fait que l'air est un gaz parfait.

Si il est donc possible de déterminer avec précision le volume d'eau qui sera évaporé ou condensé dans un système idéal permettant des échanges complets, il est illusoire d'utiliser ce même calcul pour un milieu imparfait avec des turbulences au niveau des parois et échange incomplet entre le flux d'air et ces dernières et des variations de pression (donc de volume) aléatoires sans construire un modèle mathématique pour le moins complexe.

Rassurez vous, une approximation reste toutefois possible et relativement simple à faire.

Le principe est que l'air peut contenir de l'eau jusqu'à ce que il atteigne une humidité relative de 100%, valeur à partir de laquelle il dépose l'eau qu'il contient en excédent et en deca de laquelle il peut se charger d'eau.

La relation entre le volume d'air , le volume d'eau et l'humidité relative (Hr) est tout sauf linéaire. Elle est illustrée par les diagrammes psychométrique dont mes plus utilisés aux températures courantes sont les diagrammes de Carrier

Le calcul et nécessite en données d'entrée de connaitre la température et l'humidité (relative ou absolue) de l'air extérieur, le volume insufflé (ou extrait) ainsi que la température des parois des locaux.

A partir du diagramme de Carrier, il est simple de déterminer la quantité d'eau contenue dans un mètre cube d'air pour une humidité relative donnée ainsi que la température dite point de rosée qui régit l ventilation dans le cas ou votre seul souci est l'assèchement des locaux.

Il vous faut transposer ces valeurs (T° et Hr) afin de connaitre la température correspondant au point de rosée de cet air, c'est à dire, la température à laquelle cet air ayant atteint avec la quantité d'eau qu'il contient une humidité relative de 100% commencera à condenser l'eau qu'il contient en excédent et déposer cette eau sur les parois qu'il rencontre.
(Cette assertion étant une simplification ou il est posé que l'eau passe directement de vapeur à ruissellement sans passer par une phase brouillard. Elle est correcte pour les vitesse d'air faibles mais applicable sans souci en l'espèce)

Si les murs sont au dela du point de rosée, ce sera de l'évaporation et ils s'assècheront. Si ils sont en deçà de cette température, ce sera de la condensation et ils ruisselleront. Ce concept simple s'observa facilement en été avec un verre glacé qui se recouvre de buée.
Voila l'élément qui permet de savoir si il convient de ventiler ou non des locaux vis-à-vis de l'humidité.

Pour ce qui est de connaitre le volume d'eau déposé; le calcul est aussi simple.

Le diagramme vous donnera pour l'air extérieur la quantité d'eau qu'il contient selon sa température et son degré d'hgrométrie.
Partant de là, déterminez la quantité d'eau correspondant à une humidité relative de 100% pour ce même air à la température intérieure des locaux (surfaces), et la différence entre cette quantité et celle que l'air contenait à l'origine correspondra à la quantité d'eau maximale qu'il aura déposé en traversant les locaux.

Je dis 'maximale' car, en réalité, l'échangeur virtuel constitué par l'ensemble parois des locaux ne pouvant pas avoir une efficacité absolue. La nature des parois ainsi que la vitesse de transfert jouent un rôle important dans les échanges du fait des turbulences crées au niveau de ces dernières, il serait préférable de prendre en compte la température de l'air et son hygrométrie à la sortie des locaux pour obtenir un résultat plus proche de la réalité.

Attention , les valeurs données pour les diagrammes de Carrier sont souvent exprimées en Kg. Sachant qu'un m3 d'air sec pèse 1,2 Kg (20° au niveau de la mer), il est aisé de calculer le poids correspondant à un volume d'air.

1,29 correspond à un air à 0° avec 80% Hr.

Vous pouvez prendre comme valeur celle de l'air sortant de l'ouvrage en été, soit un air saturé en humidité à 12 ° qui est de 1,231 Kg.

Espérant vous avoir aidé dans votre démarche

Cordialement, Pascal

Bonjour Pascal.
Un grand merci pour toutes ces explications d'une précision et d'une cohérence remarquables que je vais tâcher d'exploiter à bon hessian.
Cordialement.

Pierre

Bonsoir Pierre,
Je ne vais rien ajouter aux exposés remarquables de Jean-Michel et de Pascal, conscient de ne plus être à la hauteur dans ce domaine. J’ai été très intéressé par mes cours universitaires en thermodynamique, mais cela date de 55 ans, et je n’ai guère eu l’occasion de les mettre en pratique durant ma carrière professionnelle. Adieu neurones…
Je me permets cependant de vous poser une question simple car le sujet m’a intéressé : pour quelle raison souhaiteriez-vous calculer la quantité d’eau de condensation ? Votre préoccupation serait-elle d’assécher un ouvrage ?
Si c’est le cas, dites-moi de quel type d’ouvrage il est question : casemate, abri ou ouvrage d’infanterie de surface, abri caverne, ouvrage avec entrée de plein pied, en puits ou en plan incliné ?
La situation actuelle n’est plus celle de 39-40, sans ventilation forcée, et avec quelques ouvertures parfois très petites et des conditions de circulation d’air assez différentes suivant le type d’ouvrage et son implantation.
J’ai pu constater que la condensation avait souvent bon dos pour expliquer l’humidité intérieure, mais qu’en fait son effet pouvait être minime par rapport à la dégradation du système complexe de récupération et de distribution des eaux de pluie (siphons obstrués, tuyauteries percées, débordement des encuvements de 81 et de 135, etc.).
Si c’est bien votre problème, je vous enverrai volontiers quelques explications, toutefois limitées aux quelques ouvrages que je connais, mais avec des principes qui peuvent être utilisés ailleurs.
Cordialement.
Jules Mathieu

Bonjour Jules,

Non, je ne désire pas assécher un ouvrage. Depuis de bien des années je me passionne pour la fortification et j'ai visité pas mal d'ouvrages en différentes saisons. J'ai constaté que dans les galeries à grande profondeur, quand elles sont creusées dans des terrains relativement secs (craie, tuffeau...), nappe phréatique éloignée et parement de galerie peu fissuré, étais bien moins humides en hiver quand été. Ceci ne peut s'expliquer que par le courant d'air naturel y circulant qui amène de l'air extérieur chaud et riche en humidité qui condense sur les parois froides des galeries (température plus ou moins constante de 12°C). Et c'est bien de la condensation, quand on y regarde de plus près, il s'agit de véritables chapelets de gouttelettes d'eau. Comme je vous le disais, lors de mes visites, il m'est arrivé à plusieurs reprises de demander au guide l'estimation de la quantité d'eau condensée. Bien souvent elle lui était inconnue, et parfois les valeurs données étaient si différentes d'un ouvrage à l'autre, alors que les conditions saisonnières et atmosphériques étaient équivalentes, quelles me paraissaient parfois totalement aberrantes. Doc, pour tâcher d'éclaircir ce problème je voulais calculer à la grosse louche les quantités d'eau condensée dans une galerie à 12°C pendant 1 heure, en fonction d'un débit d'air donné en m3/heure pour par exemple trois températures d'air extérieur (0°, 20° et 30°C). Je sais, la température ne reste nécessairement pas constante durant une heure mais si on l'a définie comme telle, elles auraient une valeur "instantanée" de comparaison.
Voilà, vous allez me dire qu'il y aura beaucoup d'approximations et que ce n'est pas un travail scientifique, mais cela me permettrait de mieux cerner le problème.

Cordialement, Pierre