Chapitre 4 – Transferts thermiques | 1ère Bac Pro ERA-MA (Grpt 3) | Physique – Thermique | ⏱ 35 min
Dernière mise à jour : 7 mai 2026, format manuel scolaire
💡 Notions centrales : leçon §2 (convection). P = ρ × c × q × ΔT pour la chaleur emportée par un fluide.
Sami, menuisier industriel, doit dimensionner l'extraction de copeaux de son atelier (raboteuse, scie circulaire, défonceuse). L'extraction aspire en continu 3 000 m³/h d'air à 20 °C et le rejette dehors à 0 °C l'hiver. Cet air doit être renouvelé en chauffant l'air entrant. Sami veut chiffrer cette perte.
Calculer le débit massique d'air extrait (qm = ρ × q en kg/s).
qm = 1,20 × 0,833 ≈ 1,0 kg/s.
Calculer la puissance thermique Pperdue = qm × c × ΔT que la chaudière doit compenser.
P = 1,0 × 1 005 × 20 = 20 100 W ≈ 20 kW.
L'extraction « refroidit » l'atelier d'une puissance équivalente à 10 radiateurs domestiques !
Calculer l'énergie annuelle à compenser pour réchauffer cet air entrant (E = P × t).
E = 20 × 880 = 17 600 kWh/an.
Si Sami chauffe au gaz (rendement 95 %, tarif 0,11 €/kWh PCI), calculer son surcoût annuel dû à l'extraction.
Énergie chaudière nécessaire : 17 600 / 0,95 ≈ 18 530 kWh.
Coût : 18 530 × 0,11 ≈ 2 040 €/an.
Pertes par renouvellement d'air = ~ 30-40 % du coût total chauffage atelier !
Sami envisage un récupérateur de chaleur sur air extrait (échangeur à plaques, rendement 75 %). Combien d'énergie peut-il récupérer ?
Énergie récupérable : 0,75 × 17 600 = 13 200 kWh/an.
Économie financière : 13 200 / 0,95 × 0,11 ≈ 1 528 €/an.
Avec un récupérateur, les pertes nettes ne sont plus que de 4 400 kWh/an. Investissement typique : 5 000 € → ROI ~ 3 ans.
Sami se demande si réduire le débit d'extraction à 2 000 m³/h serait plus économique. Recalculer la puissance perdue. Y a-t-il des inconvénients ?
qm = 1,20 × 2000/3600 = 0,667 kg/s. P = 0,667 × 1 005 × 20 ≈ 13 400 W = 13,4 kW (au lieu de 20 kW).
Économie : 33 % de pertes thermiques évitées.
Mais : un débit insuffisant ne capte plus assez de copeaux et de sciure. Risque pour la santé (poussières fines bois inhalées) et l'incendie. La norme INRS impose 1 000 à 1 500 m³/h par machine. Pas de compromis.
Le moteur d'extraction (3 kW) consomme aussi de l'électricité. Calculer son coût annuel sur 880 h.
Eélec = 3 × 880 = 2 640 kWh/an.
Coût : 2 640 × 0,2516 ≈ 664 €/an.
Total coût extraction (gaz pour réchauffer + élec moteur) : 2 040 + 664 = 2 700 €/an. Avec récupérateur : 1 170 €/an.
Rédiger en 5 lignes la note d'optimisation de Sami pour son atelier.
Atelier Sami — Optimisation extraction · 7 mai 2026
• Constat : extraction 3 000 m³/h coûte 2 700 €/an (chauffage 2 040 € + élec moteur 664 €).
• Recommandation : récupérateur de chaleur à plaques (5 000 €). Récupère 13 200 kWh/an = 1 530 €/an. ROI 3 ans.
• Sécurité maintenue : le débit reste à 3 000 m³/h (norme INRS respectée pour aspiration copeaux).
• Bonus : air rejeté plus froid = moins de pollution thermique de l'extérieur.
• Action : commande échangeur Helios KWL EC 250 sous 1 mois, installation par mon partenaire CVC.
Quel est le rôle de la convection naturelle dans l'extraction des copeaux ? Pourquoi insuffisante seule ?
La convection naturelle (l'air chaud monte) brasse modestement l'air dans l'atelier. Mais elle est très lente (≈ 0,3 m/s) — insuffisante pour aspirer copeaux et sciure tombant à plus d'1 m/s.
D'où l'usage de convection forcée par ventilateur centrifuge : vitesse 20-30 m/s dans la gaine, capable de transporter les particules contre la gravité jusqu'au filtre.
Loi : pour transporter des particules de masse m, il faut vitesse air ≥ vitesse de chute libre des particules (déterminée par leur taille / densité).
📚 Cette activité s'appuie sur §2 (Convection) et §5 (Applications) de la leçon Ch04.