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« Évaporation » : différence entre les versions

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Jusqu'à la fin du {{s-|XVIII}}, on s'intéresse à l'aspect thermodynamique du phénomène et [[Joseph Black]] met en évidence la notion de [[Enthalpie de vaporisation|chaleur latente de vaporisation]] (1761).
 
[[John Dalton]] est le premier, en 1802, à donner une loi de [[vaporisation]] pour l'eau faisant intervenir la différence entre pression de vapeur saturante et pression partielle<ref>{{article|langue=en|auteur=[[John Dalton]]|titre= Experimental Essays on the Constitution of Mixed Gases: On the Force of Steam or Vapour from Water or Other Liquids in Different Temperatures, Both in a Torricelli Vacuum and in Air; on Evaporation; and on Expansion of Gases by Heat|périodique=Memoirs and proceedings of the [[Manchester Literary and Philosophical Society|Manchester Literary & Philosophical Society]]|volume=5|lieu=Manchester|date=1802|pages=536–602}}.</ref>. Il publie ses travaux en même temps que ceux établissant la [[loi de Dalton]] sur les pressions partielles.
 
La dynamique du phénomène au niveau microscopique est établie par [[Heinrich Hertz]]<ref name="Hertz">{{article|langue=de|nom=Heinrich Hertz|titre=Ueber den Druck des gesättigten Quecksilberdämpfes|périodique=Annalen der Physik und Chemie|volume=17|année=1882|url=https://gallica.bnf.fr/ark:/12148/bpt6k15260s/f3.item.r=.zoom}}.</ref> en 1882 et [[Martin Knudsen]]<ref name="Knudsen">{{article|langue=de|nom=Martin Knudsen|titre=Experimentelle Bestimmung des Druckes gesättigter Quecksilberdämpfe bei O° und Höheren Temperaturen|périodique=Annalen der Physik|volume=29|année=1909|url=https://gallica.bnf.fr/ark:/12148/bpt6k153335/f191.item}}</ref> (1909) et [[Irving Langmuir]]<ref>{{article|langue=en|auteur=[[Irving Langmuir]]|titre=The Condensation and Evaporation of Gas Molecules|périodique=[[PNAS]]|volume=3|numéro=3|date=1917|url=https://www.pnas.org/doi/epdf/10.1073/pnas.3.3.141}}.</ref> en 1917, conduisant à la loi connue aujourd'hui sous le nom de [[relation de Hertz-Knudsen]].
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Lorsque la pression partielle de la vapeur dans le gaz est inférieure à la pression de vapeur saturante, une partie des molécules passe de la phase liquide à la phase gazeuse : c'est l'évaporation, qui demande de fournir la chaleur latente correspondante. Pour un système fermé, ceci a pour effet de refroidir le liquide.
 
=== Influence de la lumière solaire (« ''effet photomoléculaire'' ») ===
OnEn a récemment réussi2019,à partir{{Qui|on}} de matériaux courants, non polluants et non couteux (silice essentiellement)a réussi à produire des aérogels extrêmement isolants thermiquement et quasiment invisibles (car laissant passer plus de 95 % de la lumière solaire), à partir de matériaux courants, non polluants et peu onéreux ([[silice]] essentiellement)<ref name=AerogelMIT2019>{{ArticleLien web |langue=en |auteur=David L. Chandler |titre=Getting more heat out of sunlight |date=2019-07-02 |lire en ligneurl=https://news.mit.edu/2019/aerogel-passive-heat-sunlight-0702 |date=2019-07-01 |site=[[Massachusetts Institute of Technology|news.mit.edu]] |consulté le=2023-11-01}}.</ref>. Dans un [[capteur solaire thermique]] simple, un tel hydrogel,[[aérogel]] permet, sans systèmes de concentrationlentilles ni miroirsmiroir, avec des miroirs d'atteindre des températures bien plus élevées qu'avec tous les matériaux antérieurs (et; en outre, seul le [[séchoir à point critique]] nécessaire à la fabrication de l'aérogel est couteuxcoûteux, mais indispensable à l'extraction des solvants du gel tout en préservant sa structure nanométrique.). Il devient mêmeplus aiséfacile d'alimenter des [[processus industrielsindustriel]]s ou de transformation des d'aliments nécessitant des températures de plus de {{tmp|200|° CelsiusC}} ({{unité|392 [[Degré Fahrenheit|degrés Fahrenheit]]}}) ; sur le toit d'un bâtiment du MIT, {{Citation|un dispositif passif constitué d’und'un matériau sombre absorbant la chaleur recouvert d’uned'une couche du nouvel aérogel a pu atteindre et maintenir une température de {{tmp|220 |°C}}, au milieu d’und'un hiver de Cambridge quand la température extérieure était de moins de {{tmp|0|°C}}}}<ref name=AerogelMIT2019/>.
 
Par ailleurs, différents groupes dedes chercheurs avaientont incidemment observé que si de l'eau est contenue dans un [[hydrogel]] extet exposée à une lumière verte (ou à la lumièrecelle du soleil), elle s'évapore à un taux deux à trois fois plus élevé que ce qui est physiquement possible sous l'effet de la seule chaleur (limite thermique). {{Citation|Bien que l’eaul'eau elle-même n’absorben'absorbe pas beaucoup de lumière, pas plus que l’hydrogell'hydrogel lui-même, lorsque les deux se combinent, ils deviennent de puissants absorbeurs, explique Chen. Cela permet au matériau d’exploiterd'exploiter efficacement l’énergiel'énergie des photons solaires et de dépasser la limite thermique, sans avoir besoin de colorants foncés pour l’absorptionl'absorption}}<ref name=EvaporationLumiere>{{Lien web |langue=en |auteur=David L. Chandler |titre=In a surprising finding, light can make water evaporate without heat |url= https://news.mit.edu/2023/surprising-finding-light-makes-water-evaporate-without-heat-1031 (Web archive http://web.archive.org/web/20231101174642/https://news.mit.edu/2023/surprising-finding-light-makes-water-evaporate-without-heat-1031 ) |site=MIT News | [[Massachusetts Institute of Technology|news.mit.edu]] |date=2023-10-31 |consulté le=2023-11-01}}.</ref>.
Un article<ref>{{Article |langue=en |prénom1=Yaodong |nom1=Tu |prénom2=Jiawei |nom2=Zhou |prénom3=Shaoting |nom3=Lin |prénom4=Mohammed |nom4=Alshrah |titre=Plausible photomolecular effect leading to water evaporation exceeding the thermal limit |périodique=Proceedings of the National Academy of Sciences |volume=120 |numéro=45 |date=2023-11-07 |issn=0027-8424 |issn2=1091-6490 |doi=10.1073/pnas.2312751120 |lire en ligne=https://pnas.org/doi/10.1073/pnas.2312751120 |consulté le=2023-11-01}}</ref> récent (octobre 2023), publié dans [[PNAS]] suggère que ce phénomène peut aussi se produire dans d’autres configurations que celle l'eau piégée dans un hydrogel, et qu'il pourrait contribuer à la formation et l’évolution du brouillard et des nuages. Ce phénomène n'est observé qu'à l'inferface air-eau, où les photons semblent pouvoir arracher des faisceaux de molécules d’eau de la surface de l’eau pour les faire passer dans l'air (à la surface de l’hydrogel dans les exemples précédents, mais possiblement, un phénomène similaire pourrait se produire à l'interface mer-air, dans les embruns, voire en surface des gouttelettes ou microgouttelettes d'eau des nuages ou du brouillard. On cherche déjà à intégrer ce paramètre dans les modèles climatiques, et dans la recherche sur le dessalement dopé par l’énergie solaire ; et il pourrait aussi améliorer certains processus de séchage<ref name=EvaporationLumiere/>.▼
 
▲UnCe articlephénomène pourrait aussi se produire dans d'autres configurations que celle de l'eau piégée dans un hydrogel et pourrait contribuer à la formation et à l'évolution du brouillard et des nuages<ref>{{Article |langue=en |prénom1=Yaodong |nom1=Tu |prénom2=Jiawei |nom2=Zhou |prénom3=Shaoting |nom3=Lin |prénom4=Mohammed |nom4=Alshrah |titre=Plausible photomolecular effect leading to water evaporation exceeding the thermal limit |périodique=Proceedings of the National Academy of Sciences{{PNAS}} |volume=120 |numéro=45 |date=2023-11-07 |issn=0027-8424 |issn2=1091-6490 |doi=10.1073/pnas.2312751120 |lire en ligne=https://pnas.org/doi/10.1073/pnas.2312751120 |consulté le=2023-11-01}}.</ref> récent (octobre 2023), publié dans [[PNAS]] suggère que ce phénomène peut aussi se produire dans d’autres configurations que celle l'eau piégée dans un hydrogel, et qu'il pourrait contribuer à la formation et l’évolution du brouillard et des nuages. Ce phénomène n'est observé qu'à l'inferfaceinterface air-eau, où les photons[[photon]]s semblent pouvoir arracher des faisceaux de [[Molécule d'eau|molécules d’eaud'eau]] de la surface de l’eau pour les faire passer dans l'air (à la surface de l’hydrogell'hydrogel dans les exemples précédents, mais possiblement, un phénomène similaire pourrait se produire à l'interface mer-air, dans les embruns, voire en surface des gouttelettes ou microgouttelettes d'eau des nuages ou du brouillard). On cherche déjà à intégrer ce paramètre dans les modèles climatiques, et dans la recherche sur le dessalement dopé par l’énergiel'énergie solaire ; et il pourrait aussi améliorer certains processus de séchage<ref name=EvaporationLumiere/>.
Un prototype constitué de 10 couches superposées d’évaporateurs et de condenseurs solaires plats, disposés en un réseau vertical et surmontés d’une isolation transparente en aérogel<ref name=AlambicSolaireMIT_Chine>{{Lien web |url=http://web.archive.org/web/20231101173845/https://news.mit.edu/2020/passive-solar-powered-water-desalination-0207}} parDavid L. Chandler | Actualités du MIT ; 31 octobre 2023, MIT</ref> a été fabriqué et testé en Chine par des chercheurs du MIT et de de l’[[Université Jiao-tong]] de [[Shanghai]]. Il a été décrit<ref>{{Article |langue=en |prénom1=Zhenyuan |nom1=Xu |prénom2=Lenan |nom2=Zhang |prénom3=Lin |nom3=Zhao |prénom4=Bangjun |nom4=Li |titre=Ultrahigh-efficiency desalination via a thermally-localized multistage solar still |périodique=Energy & Environmental Science |volume=13 |numéro=3 |date=2020-03-18 |issn=1754-5706 |doi=10.1039/C9EE04122B |lire en ligne=https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2020/ee/c9ee04122b |consulté le=2023-11-01 |pages=830–839}}</ref> dans de la revue ''Energy and Environmental Science''.
 
<br>Cet alambic solaire multicouche récupère efficacement l’énergie de condensation, au profit d'une efficacité globale de l’énergie solaire considérablement améliorée dans l'appareil, qui a montré qu'il semble possible d'augmenter, peut être d'un facteur 3 à 4, la quantité d’eau produite par un système passif de dessalement solaire, qui est actuellement de 1,5 gallons/h/m2n, soit 3,78541 litres/h/m2 de surface de collecte solaire. Le prototype, qui est une sorte d'alambic multicouche plat a produit 5,78 litres d’eau/m2/h en présence de soleil, soit 1,5 litres d’eau récupérée en 15 à 20 minutes, permettant un dessalement bon marché,capable de produire une [[eau potable]] en zone aride (le record précédent de dessalement passif solaire, a été ici plus que doublé)<ref name=AlambicSolaireMIT_Chine/>.
Un [[prototype]] constitué de dix couches superposées d'évaporateurs et de condenseurs solaires plats, disposés en un réseau vertical et surmontés d'une isolation transparente en aérogel<ref name=AlambicSolaireMIT_Chine>{{Lien web |langue=en |auteur=David L. Chandler |titre=Simple, solar-powered water desalination |url=https://news.mit.edu/2020/passive-solar-powered-water-desalination-0207 |date=6 février 2020 |site=[[Massachusetts Institute of Technology|news.mit.edu]] }}.</ref> a été fabriqué et testé en Chine par des chercheurs du MIT et de de l'[[université Jiao-tong de Shanghai]]<ref>{{Article |langue=en |prénom1=Zhenyuan |nom1=Xu |prénom2=Lenan |nom2=Zhang |prénom3=Lin |nom3=Zhao |prénom4=Bangjun |nom4=Li |titre=Ultrahigh-efficiency desalination via a thermally-localized multistage solar still |périodique=Energy & Environmental Science |volume=13 |numéro=3 |date=2020-03-18 |issn=1754-5706 |doi=10.1039/C9EE04122B |lire en ligne=https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2020/ee/c9ee04122b |consulté le=2023-11-01 |pages=830–839}}.</ref>. Cet [[alambic]] solaire multicouche récupère efficacement l'énergie de condensation, améliorant considérablement l'efficacité globale de l'appareil : il semble ainsi possible d'augmenter jusqu'à trois ou quatre fois la quantité d'eau produite par un système passif de dessalement solaire, qui est actuellement de {{unité|1,5 [[gallon|gal]]/h/m2}}, soit {{unité|3,78541 l/h/m2}} de surface de collecte solaire. Le prototype, qui est une sorte d'alambic multicouche plat, a produit {{unité|5,78 ld'eau/m2/h}} en présence de soleil, soit {{nobr|1,5 litre}} d'eau récupérée en 15 à {{nobr|20 minutes}}, permettant un dessalement bon marché, capable de produire une [[eau potable]] en zone aride (le record précédent de dessalement passif solaire a été ici plus que doublé)<ref name=AlambicSolaireMIT_Chine/>. En optimisant le design de l'appareil et en multipliant le nombre de couches, des rendements de 700 à 800 % pourraient être espérés ; environ un mètre carré pourrait alors répondre aux besoins en eau potable d'une personne, et les coûts de construction pourraient être abaissés à environ {{unité|100 $/m2}}. En outre, en utilisant judicieusement le [[changement de phase]], ce phénomène pourrait aussi permettre un refroidissement solaire par évaporation<ref name=AlambicSolaireMIT_Chine/>. D'autres groupes de recherche tentent de reproduire ou d'améliorer ces résultats, qui ont d'abord suscité le scepticisme, tant ils étaient contre-intuitifs.
<br>En optimisant le design de l'appareil et en multipliant le nombre de couche des rendements de 700 à 800 % pourraient être espérés ; environ 1 mètre carré pourrait alors répondre aux besoins en eau potable d’une personne, et les coûts de construction pourraient être abaissés à environ 100 $/m2.
<br>En outre, en utilisant judicieusement le [[changement de phase]], ce phénomène pourrait aussi permettre un refroidissement solaire par évaporation<ref name=AlambicSolaireMIT_Chine/>.
D'autres groupes de Recherche tentent de reproduire ou améliorer ces résultats qui ont d'abord suscité le scepticisme, tant ils étaient contre-intuitifs.
 
=== Pour une seule espèce ===
[[File:Evaporation eau.jpg|thumb|Vitesse d'évaporation de l'eau, surface balayée par une atmosphère neutre (pas d'ébullitond’ébullition, <math>\textstyle p_{H2O}\approx 0</math>).]]
Dans le cas d'une unique [[espèce chimique]], il n'existe pas au niveau microscopique de plan géométrique interfacial entre les deux milieux : les molécules de la région interne (le [[liquide]]) sont liées à leurs voisines dans une géométrie complexe. Si elles acquièrent une énergie cinétique suffisante du fait d'un apport d'énergie externe, l'[[enthalpie de vaporisation]], elles peuvent se libérer dans le milieu adjacent nommé [[couche de Knudsen]], qui forme une partie de la phase gazeuse dans laquelle le milieu est loin de l'[[équilibre thermodynamique]]. Au contraire, une molécule qui arrive au contact peut contracter une liaison qui en fera une partie du liquide.
 
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{{Article connexe|Cycle de l'eau}}
 
Dans le [[cycle de l'eau]], indispensable à la [[vie]] sur Terre, l'[[eau]] liquide s'évapore, se [[Condensation|recondense]] en [[nuage]], puis retombe en [[pluie]] ou [[neige]]. On parle d{{'}}''évaporation'' pour l'eau des océans et des lacs, ainsi que des sols, et plus particulièrement d{{'}}''[[évapotranspiration]]'' pour la [[transpiration des plantes]] et l'évaporation au niveau des sols.
 
L'évaporation demande en général une importante quantité d'[[énergie]] (l'[[enthalpie de vaporisation]]), ce qui permet par exemple la [[Thermorégulation|régulation de température]] chez les [[homéotherme]]s par [[transpiration animale|transpiration]] et évaporation de la [[sueur]], ou encore le rafraîchissement d'une cruche en terre, ou de l'air par nébulisation ([[aérosol]] d'[[eau]]).
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=== Articles connexes ===
 
{{colonnes|taille=21|
* [[Vaporisation]]
* [[Pression de vapeur saturante]]
* [[Évapotranspiration]]
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