Chapitre 4 – Les trois modes de transfert thermique | 1ère Bac Pro ERA-MA (Grpt 3) | Physique – Chimie | ⏱ 40 min
Dernière mise à jour : 14 août 2026, 16:25
⚠️ Cette activité mobilise des notions qui dépassent le programme de 1re (G3) — toutes les formules nécessaires sont fournies dans la page.
💡 Notions centrales : leçon (transferts thermiques) + énergie de changement d'état \(Q = m \times L\), \(L_{\text{vap}} \approx 2\,260\) kJ/kg. Lien avec la simulation « Humidité & retrait du bois ».
Marc, responsable d'une menuiserie, exploite une étuve (séchoir) pour amener le bois à la bonne humidité avant fabrication. Il veut estimer l'énergie et le coût pour sécher un lot de chêne, et comprendre pourquoi le bois trop humide coûte cher à sécher.
Que se passe-t-il pour l'eau du bois dans l'étuve ? Quel changement d'état ?
L'eau contenue dans le bois est chauffée puis s'évapore (passage liquide → vapeur). C'est ce changement d'état qui demande beaucoup d'énergie (chaleur latente).
Calcule la masse d'eau à évaporer : meau = mbois × (H₁ − H₂) ÷ 100.
meau = \(100 \times \dfrac{60 - 12}{100} = 100 \times 0{,}48 = \mathbf{48\ kg}\) (soit ≈ 48 L d'eau). Vérifie avec la simulation.
Calcule l'énergie pour évaporer cette eau : \(Q = m_{\text{eau}} \times L\) (en kJ, puis en kWh avec 1 kWh = 3 600 kJ).
\(Q = 48 \times 2\,260 = 108\,480\ kJ\).
En kWh : \(108\,480 / 3\,600 \approx \mathbf{30\ kWh}\) (juste pour l'évaporation, sans les pertes).
Avec le rendement de 60 % de l'étuve, l'énergie réellement consommée est plus grande. La simulation affiche ≈ 55 kWh au total. Pourquoi est-ce plus que les 30 kWh calculés ?
Il faut aussi chauffer le bois et l'eau avant l'évaporation, et l'étuve a des pertes (rendement 60 %) : une partie de l'énergie s'échappe au lieu d'évaporer l'eau. On divise donc l'énergie utile par le rendement.
Avec 55 kWh consommés à 0,12 €/kWh, calcule le coût du séchage de ce lot.
\(55 \times 0{,}12 \approx \mathbf{6,60\ \text{€}}\) pour 100 kg de bois. (À multiplier par le volume réellement traité.)
Dans la simulation, change l'humidité initiale de 60 % à 40 % (bois déjà ressuyé). Que devient l'eau à évaporer et l'énergie ? Conclus.
Eau à évaporer : \(100 \times (40-12)/100 = 28\) kg au lieu de 48 kg. L'énergie chute fortement. Conclusion : partir d'un bois moins humide (pré-séché à l'air) réduit beaucoup le coût de l'étuve.
La simulation précise que le temps réel de séchage est bien plus long que le « temps énergie ». Pourquoi ne peut-on pas sécher le bois en quelques heures, même avec une étuve puissante ?
L'eau doit migrer lentement du cœur vers la surface du bois avant de s'évaporer. Si on chauffe trop vite, le bois fend (la surface sèche et se rétracte avant le cœur). Le séchage dure donc des jours/semaines : ce n'est pas l'énergie qui limite, mais la lenteur de la diffusion de l'eau.
Rédige en 4 à 5 lignes une note pour Marc : énergie/coût du séchage, intérêt de partir d'un bois peu humide, et précaution sur la vitesse.
« Sécher 100 kg de chêne de 60 % à 12 % oblige à évaporer 48 L d'eau, soit ≈ 30 kWh utiles (≈ 55 kWh consommés avec les pertes, ~6,60 €). L'évaporation coûte cher (chaleur latente) : partir d'un bois déjà ressuyé à 40 % divise presque par deux l'énergie. Enfin, il ne faut pas chauffer trop vite : l'eau migre lentement dans le bois, et un séchage trop rapide fait fendre les planches. »
Compare : évaporer 1 kg d'eau (2 260 kJ) ou chauffer 1 kg d'eau de 1 °C (4,18 kJ). Combien de fois plus d'énergie pour l'évaporation ?
\(2\,260 / 4{,}18 \approx \mathbf{540}\) fois plus. C'est pourquoi l'évaporation domine de loin le coût énergétique du séchage.
Réponse à la problématique : sécher du bois revient surtout à évaporer son eau (Q = m × L, L ≈ 2 260 kJ/kg). Plus le bois est humide au départ, plus il y a d'eau à évaporer, donc plus c'est coûteux. Le séchage doit rester lent pour éviter les fentes.
📚 Cette activité s'appuie sur les transferts thermiques (leçon Ch04) et l'énergie de changement d'état (Q = m·L).