Vapeur d'eau - Définition
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Introduction
La vapeur d’eau, ou vapeur, est l’eau à l’état gazeux.
Sa température est donc supérieure à la température d’ébullition de l’eau liquide, ou à la température de sublimation de la glace lorsque la pression est inférieure à la pression du point triple de l’eau, soit 611,73 Pa (6,1173 mbar ou hPa) et la température est inférieure ou égale à 0 °C.
La vapeur d’eau est qualifiée de :
- vapeur saturée ou humide, aux conditions de saturation ;
- vapeur surchauffée ou sèche, lorsque sa température est supérieure aux conditions de saturation ;
- vapeur supercritique, lorsque sa température est supérieure à la température critique, soit 374,1 °C.
Propriétés physiques
Les propriétés de la vapeur d’eau ont fait l’objet de très nombreuses études en raison de son usage courant dans de nombreux domaines, notamment dans l’industrie, et de son rôle important dans divers phénomènes naturels, comme les échanges thermiques au sein de l’atmosphère terrestre (voir météorologie).
La pression de vapeur saturante est une fonction de la température pour laquelle de nombreuses formules d’approximation ont été établies. La plus simple est la formule de Duperray dont la précision est de quelques pourcents entre 95 °C et 230 °C :
qui donne pS en atmosphères pour t exprimé en degrés Celsius.
Propriétés de la vapeur d’eau et de l’eau liquide aux conditions de saturation
| Tempéra- ture (°C) | Tension de vapeur (kPa) | Volume massique (m³/kg) | Chaleur de vaporisation (kJ/kg) | |
| Liquide | Vapeur | |||
| -15 | 0,191 8 | |||
| 0 | 0,611 | 0,001 000 21 | 206,310 | 2 500 |
| 100 | 101,325 | 0,001 043 5 | 1,673 | 2 257 |
| 200 | 1 555,0 | 0,001 156 5 | 0,127 18 | 1 938 |
| 300 | 8 592 | 0,001 403 6 | 0,021 62 | 1 403 |
| 374 | 22 087 | 0,002 79 | 0,003 65 | 147 |
Le point critique de l’eau est : 374,1 °C, 220,87 bar.
Chaleur massique à volume constant, 100 °C, 1 atm : 1410 J/kg.K
Vitesse du son : 401 m/s à 130 °C ; celle-ci augmente très fortement avec la température : elle est d’environ 800 m/s à 1 000 °C.
Tables de vapeur
Les tables de vapeur sont des tables de données thermodynamiques concernant l'eau et la vapeur. Les bases de données informatiques ont remplacé les tables imprimées. Elles sont utilisées par les chercheurs et ingénieurs dans la conception des processus et des équipements utilisant la vapeur. Les diagrammes thermodynamiques des phases eau/vapeur, les diagrammes entropie/température, les diagrammes de Mollier sont aussi d'usage courant dans ce domaine
Utilisation industrielle
L’industrie a fait de nombreux usages de la vapeur d’eau ; principalement comme fluide caloporteur ou pour le fonctionnement de machines à vapeur (voir en particulier la locomotive à vapeur). Accessoirement, sa détente est utilisée dans des éjecteurs à vapeur servant à pomper des fluides (pour faire le vide, par exemple), ou dans des sirènes ou sifflets. On utilise aussi ses propriétés de transfert de chaleur pour les procédés de stérilisation.
La vapeur est produite dans des chaudières chauffées par un combustible fossile, parfois électriques, ou bien plus généralement par ébullition de l’eau mise au contact d’une source chaude, comme dans les générateurs de vapeur de certaines centrales nucléaires, dans les réacteurs nucléaires à eau bouillante, ou dans le sous-sol afin d’exploiter l’énergie géothermique.
