Chapitre 1 | Première Bac Pro ICCER (Grpt 1) | Physique-Chimie | ⏱ 50 min
Dernière mise à jour : 5 mai 2026, 14:00
Karim est technicien chauffagiste chez ThermoSud, une entreprise d'installation thermique à Montpellier. Un client souhaite chauffer sa maison de 90 m² et hésite entre 3 systèmes. Karim relève les informations sur les plaques signalétiques de chaque appareil et prépare une étude comparative.
| Appareil | U (V) | P électrique consommée (W) | P thermique restituée (W) | Durée / jour (h) |
|---|---|---|---|---|
| Radiateur électrique (convecteur) | 230 | 2 000 | 1 900 | 10 |
| Pompe à chaleur air/eau (PAC) | 230 | 1 200 | 4 200 | 8 |
| Chaudière gaz à condensation | 230 | 150 (circulateur + électronique) | 9 000 (combustion gaz) | 6 |
📚 Cette activité s'appuie sur §1 (P = U × I), §2 (E = P × t) et §3 (rendement et COP) de la leçon Ch01.
a) Relever la puissance électrique consommée par chaque appareil.
b) Quel appareil consomme le plus de puissance électrique ? Lequel en consomme le moins ?
a) D'après le tableau :
b) Le radiateur électrique consomme le plus de puissance électrique (2 000 W). La chaudière gaz en consomme le moins (150 W), car l'essentiel de son énergie provient de la combustion du gaz.
Pour le radiateur électrique : U = 230 V, P = 2 000 W. Calculer l'intensité I avec P = U × I.
P = U × I, donc I = P / U.
I = 2 000 / 230 ≈ 8,7 A.
Le radiateur est traversé par un courant d'environ 8,7 A. Avec un disjoncteur 16 A, on peut brancher 1 seul radiateur (ou 2 maxi sur le même circuit).
Calculer l'énergie électrique consommée par jour par chaque appareil avec E = P × t. Exprimer en Wh.
Rappel : si P est en W et t en h, alors E est en Wh.
Convertir chaque énergie en kWh. Rappel : 1 kWh = 1 000 Wh.
On divise par 1 000 :
Astuce : on obtient le même résultat directement en exprimant P en kW : pour le radiateur, E = 2,0 × 10 = 20 kWh.
Calculer le coût électrique journalier de chaque appareil (tarif 0,22 €/kWh).
Coût = E × tarif :
La chaudière consomme 12 kWh de gaz/h, à 0,09 €/kWh. Calculer le coût total journalier de la chaudière (gaz + électricité).
Énergie gaz : 12 × 6 = 72 kWh/jour.
Coût gaz : 72 × 0,09 = 6,48 €/jour.
Coût total chaudière : 6,48 + 0,20 = 6,68 €/jour.
Compléter le tableau récapitulatif et calculer le rendement (ou COP) de chaque appareil.
| Appareil | P thermique (W) | Coût total/jour | Rendement / COP |
|---|---|---|---|
| Radiateur électrique | 1 900 | … | η = Putile / Pcons. = … |
| PAC | 4 200 | … | COP = Ptherm. / Pélec. = … |
| Chaudière gaz | 9 000 | … | η = Putile / Pgaz = … |
a) Quel appareil a le meilleur rendement (ou COP) ?
b) Quel appareil a le coût journalier le plus faible ?
| Appareil | P therm. | Coût/jour | η ou COP |
|---|---|---|---|
| Radiateur | 1 900 W | 4,40 € | η = 1 900 / 2 000 = 0,95 = 95 % |
| PAC | 4 200 W | 2,11 € | COP = 4 200 / 1 200 = 3,5 |
| Chaudière gaz | 9 000 W | 6,68 € | η = 9 000 / 12 000 = 0,75 = 75 % |
a) La PAC a le meilleur COP (3,5) : elle restitue 3,5 fois plus d'énergie thermique qu'elle ne consomme d'électricité.
b) La PAC a le coût journalier le plus faible (2,11 €), devant le radiateur (4,40 €) et la chaudière gaz (6,68 €).
Le client reçoit sa facture annuelle d'électricité : 7 300 kWh sur 365 jours.
a) Calculer la consommation électrique moyenne par jour.
b) Comparer avec la consommation journalière du radiateur (Q4). Cohérent sachant que le chauffage ne fonctionne pas toute l'année ?
a) Conso moyenne : 7 300 / 365 = 20 kWh/jour.
b) Le radiateur consomme 20 kWh/jour, exactement la moyenne quotidienne de la facture.
Mais le chauffage ne fonctionne qu'environ 6 mois par an (~ 180 jours). En hiver, la conso réelle est donc bien supérieure à 20 kWh/jour (chauffage + autres). En été, nettement inférieure. Ordre de grandeur cohérent ✓.
La PAC restitue 4 200 W de chaleur en consommant seulement 1 200 W d'électricité.
a) D'où vient l'énergie supplémentaire ?
b) Pourquoi dit-on que la PAC est plus « efficace » que le radiateur, alors que le radiateur a un rendement de 95 % ?
a) La PAC puise de l'énergie thermique dans l'air extérieur (ou le sol, ou l'eau). Elle utilise l'électricité pour faire fonctionner un compresseur qui « pompe » la chaleur de l'extérieur vers l'intérieur.
L'énergie supplémentaire (4 200 − 1 200 = 3 000 W) provient de l'environnement.
b) Le rendement 95 % du radiateur signifie qu'il convertit 95 % de l'électricité en chaleur, mais il ne peut jamais dépasser 100 % (principe de conservation).
La PAC, grâce à son cycle thermodynamique, produit plus de chaleur qu'elle ne consomme d'électricité (COP = 3,5, soit 350 % d'efficacité apparente). Elle est donc bien plus efficace pour chauffer.
Rédiger en 5 lignes la recommandation que Karim pourrait faire à son client. Préciser :
Recommandation — système de chauffage maison 90 m²
Pour votre maison, je vous recommande l'installation d'une pompe à chaleur air/eau. Ce système offre le meilleur rapport entre la chaleur produite et l'énergie consommée, avec un COP de 3,5.
Votre coût journalier de chauffage serait d'environ 2,11 €, soit 2× moins qu'un radiateur électrique (4,40 €) et 3× moins qu'une chaudière gaz (6,68 €).
De plus, la PAC utilise principalement l'énergie renouvelable de l'air extérieur, réduisant les émissions de CO₂ par rapport à une chaudière à gaz. Investissement initial plus élevé (~ 12 000 € vs 3 000 € radiateurs), mais rentabilisé en 5-7 ans.
Comment fonctionne concrètement une pompe à chaleur ? Quels sont les facteurs qui font varier son COP au cours de l'année ?
Une PAC fonctionne sur le cycle thermodynamique en 4 étapes :
Le COP n'est pas constant au cours de l'année :
| Saison | T extérieure | COP typique |
|---|---|---|
| Mi-saison (printemps/automne) | 15 °C | 4,5-5,0 |
| Hiver doux | 5 °C | 3,5-4,0 |
| Hiver froid | 0 °C | 2,5-3,0 |
| Grand froid | −10 °C | 1,5-2,0 (moins efficace) |
| Au-delà de −15 °C | −15 °C | ~ 1 (inefficace, résistance électrique secours) |
D'où l'importance de l'indice SCOP (Seasonal COP) qui est la moyenne sur l'année. Un SCOP de 3,5 est considéré comme bon en France.
Pour Karim : il doit toujours préciser au client le SCOP et non juste le COP nominal du fabricant. Et anticiper qu'en zones très froides (montagne), une PAC sol-eau ou eau-eau (T source plus stable) est préférable à une air-eau.