Chapitre 1 – Énergie et puissance électrique | 1ère Bac Pro ICCER (Grpt 1) | Physique – Électricité | ⏱ 40 min
Dernière mise à jour : 26 mai 2026
💡 Notions centrales : leçon §5 (rendement \(\eta = P_\text{utile} / P_\text{totale}\)) et §6 (applications). Pertes Joule = chaleur dissipée dans le moteur.
Erwan, technicien CVC (Chauffage – Ventilation – Climatisation) chez « ClimaPro » à Rennes, effectue la maintenance annuelle de la chaufferie d'un immeuble HLM. Il constate que la pompe de circulation principale, qui pousse l'eau chaude dans tous les radiateurs de l'immeuble, est très tiède au toucher : elle chauffe au lieu de pomper. Il mesure ses caractéristiques pour évaluer son rendement et proposer son remplacement par une pompe à variation électronique de vitesse (haute efficacité IE4).
| Grandeur | Valeur mesurée | Comment |
|---|---|---|
| Tension d'alimentation U | 230 V | au voltmètre, en parallèle |
| Intensité absorbée I | 1,30 A | à la pince ampèremétrique |
| Débit volumique mesuré Q | 1,8 m³/h | débitmètre installé sur le circuit |
| Pression de refoulement H | 3,0 mCE (m de colonne d'eau) | manomètre différentiel |
Calculer la puissance électrique absorbée par la pompe actuelle.
\(P_\text{élec} = U \times I = 230 \times 1{,}30 = \mathbf{299\ \text{W} \approx 300\ \text{W}}\)
La pompe absorbe environ 300 W au réseau quand elle fonctionne.
Calculer la puissance hydraulique utile \(P_\text{hyd}\) fournie au circuit d'eau.
Données : \(Q = 1{,}8\) m³/h, \(H = 3{,}0\) m, \(\rho \times g \approx 9\,810\) N/m³.
Conversion du débit : \(Q = 1{,}8\ \text{m}^3/\text{h} = \dfrac{1{,}8}{3\,600}\ \text{m}^3/\text{s} = 5{,}0 \times 10^{-4}\ \text{m}^3/\text{s}\).
\(P_\text{hyd} = \rho \times g \times Q \times H = 9\,810 \times 5{,}0 \times 10^{-4} \times 3{,}0\)
\(P_\text{hyd} \approx \mathbf{14{,}7\ \text{W}}\)
Seulement 14,7 W d'énergie hydraulique fournie au circuit — c'est très peu par rapport aux 300 W absorbés. Le rendement va être faible.
Calculer le rendement \(\eta\) de la pompe actuelle, en pourcentage.
\(\eta = \dfrac{P_\text{utile}}{P_\text{absorbée}} = \dfrac{14{,}7}{299} \approx 0{,}049\)
\(\eta \approx \mathbf{4{,}9\ \%}\)
Le rendement est catastrophique ! 95 % de l'énergie absorbée ne sert à rien d'utile.
Note pédagogique : sur les pompes domestiques, le rendement réel est faible (10-30 %) car la puissance hydraulique utile est petite. Mais ici, 5 % est très en dessous des normes actuelles. La pompe est à remplacer.
Calculer les pertes par effet Joule de la pompe actuelle (différence entre puissance absorbée et puissance utile). Que devient cette énergie ?
\(P_\text{pertes} = P_\text{élec} - P_\text{hyd} = 299 - 14{,}7 \approx \mathbf{284\ \text{W}}\)
Ces 284 W sont essentiellement transformés en chaleur par effet Joule dans le moteur et le bobinage. Une partie est aussi perdue par vibration et bruit (faible).
C'est pour ça qu'Erwan a senti la pompe tiède au toucher : elle dissipe 284 W de chaleur en continu, comme une petite ampoule à incandescence ! C'est aussi pourquoi les vieux moteurs vieillissent vite : la chaleur dégrade les isolants des bobinages.
La pompe fonctionne 24h/24 pendant les 6 mois de chauffe (180 jours). Calculer l'énergie électrique annuelle consommée par la pompe actuelle.
Durée annuelle : \(t = 180 \times 24 = 4\,320\) h.
Énergie : \(E_1 = P_1 \times t = 0{,}300 \times 4\,320 = \mathbf{1\,296\ \text{kWh/an}}\)
Coût annuel à 0,2516 €/kWh : \(1\,296 \times 0{,}2516 \approx \mathbf{326\ €/\text{an}}\).
La pompe de remplacement (Doc 2) consomme 65 W pour fournir la même puissance hydraulique. Calculer son rendement, son énergie annuelle et son coût.
Rendement : \(\eta_2 = \dfrac{14{,}7}{65} \approx 0{,}226 = \mathbf{22{,}6\ \%}\) (4,6× supérieur à l'ancienne pompe).
Énergie annuelle : \(E_2 = 0{,}065 \times 4\,320 = \mathbf{281\ \text{kWh/an}}\)
Coût annuel : \(281 \times 0{,}2516 \approx \mathbf{70\ €/\text{an}}\).
Calculer l'économie annuelle en kWh et en € par le remplacement. En déduire le temps de retour sur investissement (prix 420 €).
Économie d'énergie : \(\Delta E = 1\,296 - 281 = \mathbf{1\,015\ \text{kWh/an}}\) (≈ 78 % d'économie).
Économie monétaire : \(326 - 70 = \mathbf{256\ €/\text{an}}\).
Temps de retour : \(420 / 256 \approx \mathbf{1{,}6\ \text{an}}\), soit environ 20 mois.
Sur les 15 ans de durée de vie de la nouvelle pompe : économie nette = \(15 \times 256 - 420 = \mathbf{3\,420\ €}\).
Remplacement très rentable. Et bénéfice climatique en prime.
Rédiger en 6 lignes le rapport de préconisation qu'Erwan remet au syndic :
ClimaPro Rennes — Préconisation maintenance chaufferie HLM
• Diagnostic : pompe de circulation Grundfos UPS 32-80 (2002) : \(P_\text{élec}\) = 300 W mais \(P_\text{hyd}\) utile = 15 W → rendement 5 %. Pertes Joule 284 W (la pompe chauffe au lieu de pomper).
• Consommation actuelle : 1 296 kWh/an (4 320 h × 0,3 kW) soit 326 €/an.
• Préconisation : remplacement par Grundfos Alpha2 25-60 (variation électronique IE4), même prestation hydraulique, 65 W absorbés au lieu de 300 W.
• Économie : 1 015 kWh/an, soit 256 €/an. Coût total (matériel + pose) : 420 € TTC.
• Temps de retour sur investissement : ~ 1,6 an. Sur 15 ans : ~ 3 420 € économisés.
• Recommandation : intervention à programmer en avril pour pose pendant l'arrêt de chauffe.
Si la chaufferie comporte 5 pompes identiques dans le même état (immeuble en cascade chauffage + ECS + bouclage ECS), calculer l'économie totale pour l'immeuble en remplaçant les 5 pompes. Quel impact écologique en équivalent CO₂ évité (mix EDF ≈ 60 g CO₂/kWh) ?
Économie d'énergie : \(5 \times 1\,015 = \mathbf{5\,075\ \text{kWh/an}}\).
Économie monétaire : \(5 \times 256 = \mathbf{1\,280\ €/\text{an}}\).
Investissement : \(5 \times 420 = 2\,100\) € → temps de retour 1,6 an inchangé.
CO₂ évité : \(5\,075 \times 60 \approx \mathbf{305\ \text{kg CO}_2/\text{an}}\) (équivalent : 2 500 km en voiture thermique). Sur 15 ans : ~ 4,6 tonnes CO₂ évitées.
Aux yeux du syndic, c'est aussi un argument de communication pour une démarche RSE / décret tertiaire 2020.
📚 Cette activité s'appuie sur §5 (Rendement, effet Joule) et §6.3 (Comparer des systèmes) de la leçon Ch01.