Chapitre 1 – Énergie et puissance électrique | 1ère Bac Pro ICCER (Grpt 1) | Physique – Électricité | ⏱ 35 min
Dernière mise à jour : 7 mai 2026, format manuel scolaire
💡 Notions centrales : leçon §3 (énergie E = P × t) et §5 (rendement). \(P_{\text{élec}} = P_{\text{thermique}} / \text{COP}\) pour une pompe à chaleur.
Léa, technicienne en énergies renouvelables chez « ECO-Calorie » à Reims, doit dimensionner une pompe à chaleur air/eau pour la maison de M. Dubois. La maison fait 110 m², a été isolée en 2020, et est située en zone climatique H1 (hiver froid). Léa doit choisir le bon modèle de PAC et estimer le coût d'utilisation annuel.
Formule de dimensionnement (méthode simplifiée DPE) : Pthermique nécessaire = G × V × ΔT. C'est la puissance que la PAC doit fournir pour compenser les déperditions thermiques.
| Modèle | Puissance thermique nominale | Puissance électrique absorbée | COP nominal | Prix HT |
|---|---|---|---|---|
| PAC AirEau 6 kW | 6,0 kW | 1,5 kW | 4,0 | 4 200 € |
| PAC AirEau 8 kW | 8,0 kW | 2,2 kW | 3,6 | 5 100 € |
| PAC AirEau 10 kW | 10,0 kW | 3,0 kW | 3,3 | 6 400 € |
| PAC AirEau 12 kW | 12,0 kW | 3,8 kW | 3,2 | 7 800 € |
COP (coefficient de performance) = puissance thermique fournie ÷ puissance électrique absorbée. Pour 1 kWh d'électricité, la PAC restitue COP kWh de chaleur.
Calculer la puissance thermique nécessaire Pth pour chauffer la maison à l'aide de la formule \(P_{\text{th}} = G \times V \times \Delta T\). Exprimer en watts, puis en kilowatts.
Pth = G × V × ΔT = 1,1 × 275 × 29
Pth = 8 772,5 W ≈ 8,8 kW
C'est la puissance que la PAC doit pouvoir fournir au plus froid de l'hiver (à −9 °C extérieur).
D'après le catalogue (Doc 2), quel modèle Léa doit-elle choisir pour M. Dubois ? Justifier en comparant la puissance thermique nominale au besoin calculé. Préciser pourquoi il ne faut ni sous-dimensionner ni surdimensionner.
Besoin = 8,8 kW. La PAC 10 kW est la mieux adaptée :
Choix : PAC AirEau 10 kW (COP = 3,3, prix 6 400 €).
Pour la PAC 10 kW choisie, vérifier la valeur du COP affichée dans le catalogue à l'aide de la relation : \(\text{COP} = \dfrac{P_{\text{thermique}}}{P_{\text{électrique}}}\).
COP = Pth / Pélec = 10,0 / 3,0 ≈ 3,33
Le COP affiché (3,3) est cohérent avec les puissances nominales du catalogue.
Interprétation : pour 1 kWh d'électricité absorbé, la PAC restitue 3,3 kWh de chaleur dans la maison. La différence (2,3 kWh) provient de la chaleur captée gratuitement dans l'air extérieur.
Calculer la durée totale de chauffe annuelle en heures, à partir des données du Doc 1 (5,5 mois × 30 jours × 14 h/jour).
En déduire l'énergie thermique totale fournie par la PAC sur une saison, en kWh, en supposant que la PAC fonctionne en moyenne à 60 % de sa puissance nominale (modulation).
Durée : 5,5 × 30 × 14 = 2 310 h/an
Puissance moyenne fournie : 0,60 × 10 = 6 kW
Ethermique = P × t = 6 × 2 310 = 13 860 kWh/an de chaleur fournie à la maison.
Calculer l'énergie électrique réellement consommée par la PAC sur une saison, à l'aide de la relation : \(E_{\text{élec}} = E_{\text{thermique}} / \text{COP}\). Comparer à un chauffage électrique direct (où Eélec = Ethermique).
Eélec = 13 860 / 3,3 ≈ 4 200 kWh/an
Avec un chauffage électrique direct : Eélec = 13 860 kWh (toute la chaleur vient de l'électricité).
Économie d'énergie de la PAC : 13 860 − 4 200 = 9 660 kWh/an évités, soit 70 % d'énergie en moins.
Le tarif EDF Base 2026 est de 0,2516 €/kWh. Calculer le coût annuel de la PAC. Comparer avec l'ancien chauffage électrique de M. Dubois (3 000 €/an).
Coût PAC : 4 200 × 0,2516 ≈ 1 057 €/an
Économie annuelle : 3 000 − 1 057 = 1 943 €/an
La PAC divise la facture par presque 3.
Calculer le temps de retour sur investissement de la PAC (prix 6 400 €) par rapport à l'ancien chauffage. M. Dubois peut bénéficier de 4 000 € d'aides (MaPrimeRénov' + CEE). Recalculer.
Sans aides : 6 400 / 1 943 ≈ 3,3 ans
Avec aides : (6 400 − 4 000) / 1 943 = 2 400 / 1 943 ≈ 1,2 an
Avec les aides, la PAC est rentabilisée en moins de 15 mois ! Sur sa durée de vie de 15 ans, M. Dubois économisera 15 × 1 943 − 2 400 ≈ 26 700 €.
Rédiger en 5 lignes l'offre commerciale que Léa envoie à M. Dubois :
ECO-Calorie — Étude technique pour M. Dubois (Reims)
• Besoin de chauffage calculé : 8,8 kW thermiques pour votre maison de 110 m² en zone H1.
• Recommandation : PAC air/eau 10 kW (COP 3,3), prix 6 400 € HT pose comprise.
• Aides cumulables : MaPrimeRénov' + prime CEE = ~4 000 € → reste à charge 2 400 €.
• Coût annuel : 1 057 € (au lieu de 3 000 € en chauffage électrique). Économie : 1 943 €/an.
• Retour sur investissement : 1,2 an. Sur 15 ans : ~26 700 € économisés. Bénéfice écologique : 70 % d'énergie en moins.
Le COP nominal annoncé (3,3) est mesuré à +7 °C extérieur. Quand la température baisse à −9 °C (zone H1, jours les plus froids), le COP réel chute à 2,2. Recalculer la consommation et le coût d'énergie sur les 20 jours les plus froids (à 14 h/j) où le COP serait à 2,2. Conclure sur l'intérêt de connaître le SCOP (COP saisonnier moyen) plutôt que le COP nominal.
Durée : 20 × 14 = 280 h. À puissance nominale : Eth = 10 × 280 = 2 800 kWh thermiques.
Avec COP = 2,2 : Eélec = 2 800 / 2,2 ≈ 1 273 kWh. Coût ≈ 320 € sur ces 20 jours.
À COP nominal 3,3 sur la même période : Eélec = 848 kWh. Surconsommation par grand froid : +50 %.
Conclusion : exiger du fabricant le SCOP (COP saisonnier moyen sur la zone climatique) — c'est la valeur réaliste pour le calcul annuel. Pour la zone H1, viser un SCOP ≥ 3,0.
📚 Cette activité s'appuie sur §3 (Énergie électrique), §5 (Rendement) et §6 (Applications professionnelles) de la leçon Ch01.