Chapitre 4 – Transferts thermiques | 1ère Bac Pro ERA-MA (Grpt 3) | Physique – Thermique | ⏱ 35 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 §3 (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. L'INRS recommande (guide ED 750) 1 000 à 1 500 m³/h par machine ; l'obligation légale vient du Code du travail (VLEP poussières de bois). 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 (recommandation 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 limite de chute des particules (déterminée par leur taille / densité).
📚 Cette activité s'appuie sur §3 (Convection) et §7 (Applications) de la leçon Ch04.