évaporation
(bas latin evaporatio, -onis)
Transformation sans ébullition d'un liquide en vapeur (→ gaz).
THERMODYNAMIQUE
Quand la transformation d'un liquide en gaz se fait avec ébullition, on parle de vaporisation.
À n'importe quelle température T, inférieure à sa température d'ébullition Te, un liquide s'évapore spontanément, pourvu que la pression partielle de la vapeur p au-dessus du liquide soit inférieure à la pression de vapeur saturante pv(T). Dans une enceinte fermée, la pression p augmente au fur et à mesure de l'évaporation. Lorsque p atteint la valeur pv, les deux phases liquide et vapeur sont en équilibre et l'évaporation s'arrête.
La vitesse d'évaporation d'un liquide est d'autant plus grande que sa température est élevée et que la différence pv – p est grande. D'un point de vue microscopique, l'évaporation correspond à la fuite, à partir de la surface du liquide, des molécules ayant les plus grandes énergies cinétiques, donc les vitesses les plus grandes. L'évaporation abaisse ainsi la vitesse moyenne des molécules du liquide, qui se refroidit donc. Ce refroidissement est utilisé dans certaines machines frigorifiques (→ froid).
Pour en savoir plus, voir les articles état [physique], matière, transition de phase.
GÉOGRAPHIE
L'évaporation se réalise à partir des nappes liquides (surtout des océans) et, en proportion plus faible, à partir du sol humide et des plantes (transpiration). L'évaporation, que recouvre la notion plus générale d'évapotranspiration, nécessite un fort apport calorifique extérieur (environ 600 calories par gramme d'eau), une atmosphère non saturée en eau, et son efficacité varie en sens inverse de la pression. L'évaporation joue un rôle considérable à la surface du globe, à toutes les échelles : évaporation intense sur la Méditerranée et au-dessus des océans subtropicaux, dont la vapeur est véhiculée par les alizés en direction de la convergence intertropicale ; évaporation au-dessus des forêts et de la végétation en général. C'est ce phénomène planétaire qui rend compte de l'eau atmosphérique, donc, des hydrométéores (pluies, nuages, etc.), en même temps qu'il constitue un facteur important du débit et du régime des cours d'eau.
La répartition géographique de l'évaporation
La répartition géographique de l'évaporation selon la latitude
L'évaporation (réelle ou potentielle) est faible dans les régions polaires, à la fois du fait du peu d'alimentation en eau et des très basses températures. Aux latitudes tempérées, les totaux de précipitations l'emportent généralement sur les lames d'eau évaporée. La situation est radicalement différente dans les déserts chauds subtropicaux. La plupart des régions intertropicales, et en particulier les régions équatoriales, voient de nouveau les précipitations l'emporter sur l'évaporation.
La répartition géographique de l'évaporation selon l'altitude
L'évaporation diminue normalement avec l'altitude. La sécheresse de l'air, qui est un caractère de la haute montagne, de la haute troposphère et de la stratosphère (les nuages sont pratiquement inexistants au-dessus de 10 km aux latitudes tempérées, et l'humidité relative tombe à 30 % dans la stratosphère), et la diminution de pression semblent contrebalancées par le facteur limitant qu'est le froid.
La répartition géographique de l'évaporation selon la répartition des terres et des mers
Le bilan de l'eau aboutit sur mer. selon certaines estimations, à un excès de l'évaporation sur les précipitations de l'ordre de 37 000 km3 d'eau par an. La situation est exactement inversée sur terre. On voit ainsi se dessiner un cycle dans lequel mers et océans pourvoient en eau les continents, par l'intermédiaire de l'évaporation, de la vapeur d'eau et des précipitations, dans le temps où ceux-ci restituent l'excédent à l'hydrosphère grâce aux fleuves et aux rivières
CLIMATOLOGIE
L'évaporation se réalise à partir des nappes liquides (surtout des océans) et, en proportion plus faible, à partir du sol humide et des plantes (transpiration). L'évaporation est donc recouverte par la notion plus générale d'évapotranspiration. Les facteurs de l'évaporation et de l'évapotranspiration font intervenir la source (eau du substratum) et le réceptacle (atmosphère). C'est ce qu'exprime la loi de Dalton, selon laquelle la vitesse de l'évaporation est proportionnelle à F — f (F, tension maximale de vapeur correspondant à la température du liquide du substratum ; f, tension réelle dans la couche d'air susjacente). La vaporisation de l'eau implique un très fort apport calorifique extérieur, car il y a absorption d'énergie calorifique dans la transformation de l'eau liquide en vapeur. Au départ, le passage de l'eau de l'état liquide à l'état gazeux s'accompagne d'une concentration de la vapeur à la surface du milieu évaporant. Mais l'évaporation ne se produira que dans la mesure où cette concentration sera plus forte que dans l'air (ce qui implique un gradient vertical de vapeur d'eau, décroissant depuis la surface). Le flux vertical de vapeur d'eau est un flux d'énergie, l'énergie calorifique absorbée lors de l'évaporation (environ 600 calories par gramme d'eau) étant restituée à l'air lors de la condensation. D'autres facteurs, qui relèvent plus précisément des conditions de l'air, font également intervenir les rapports existant entre la source et le réceptacle : l'atmosphère ne reçoit de la vapeur d'eau que tant qu'elle n'est pas saturée. Par ailleurs, la vitesse du vent et la pression jouent un rôle sur le phénomène évaporatoire. L'évaporation est très active sur les océans parcourus par les dépressions mobiles, c'est-à-dire par les vents forts et les basses pressions. Le fait est que les vents, en important de l'air non saturé, favorisent l'évaporation. En outre, on sait que, si la vaporisation est progressive dans un gaz, elle est instantanée dans le vide. De sorte que l'évaporation est d'autant plus active que la pression de l'atmosphère est plus faible. La réalité géographique aboutit cependant à des résultats complexes, certains effets pouvant être écrasés par des effets antagonistes. Ainsi, si les situations dépressionnaires favorisent l'évaporation, du fait de la vigueur des vents et de la médiocrité des pressions, elles imposent, à partir d'un certain moment, un effet de blocage par l'humidité relative importante qu'elles suscitent. Par ailleurs, les anticyclones maritimes subtropicaux, bien qu'amenant un air calme, sont le siège d'une importante évaporation, à cause de la subsidence, génératrice d'humidités relatives non excessives, qu'ils engendrent.
Le phénomène évaporatoire est un événement considérable à la surface du globe, à toutes les échelles de l'investigation : intense évaporation sur la Méditerranée et au-dessus des océans subtropicaux, dont la vapeur est véhiculée par les alizés en direction de la convergence intertropicale ; évaporation au-dessus des forêts, de la plante et de la feuille. C'est ce phénomène planétaire qui rend compte de l'eau atmosphérique, donc, des hydrométéores (pluies, nuages, etc.).
HYDROLOGIE
L'évaporation est un facteur important des débits et des régimes. Avec les effets de l'évapotranspiration, elle est cause du déficit d'écoulement, car les eaux d'infiltration reviennent tôt ou tard au cours d'eau. L'évaporation dépend principalement de la température. Elle est accrue par l'imperméabilité de la couche superficielle, l'horizontalité du relief, la brutalité des averses saturant les sols, même les plus perméables.
