Chapitre 4 – Les trois modes de transfert thermique | 1ère Bac Pro ICCER (Grpt 1) | Physique – Chimie | ⏱ 40 min
Dernière mise à jour : 15 juin 2026
💡 Notions centrales : leçon (rayonnement, transfert thermique) + énergie pour chauffer l'eau \(Q = m\,c\,\Delta T\), \(c_{\text{eau}} = 4\,180\ \mathrm{J/(kg\cdot{}^{\circ}C)}\).
Hugo, installateur en énergies renouvelables, pose un chauffe-eau solaire chez un particulier. Des capteurs sur le toit chauffent l'eau d'un ballon. Le client veut savoir combien de temps il faut pour chauffer son ballon un jour de beau temps.
Quelle différence y a-t-il entre un capteur solaire thermique et un panneau photovoltaïque ? (voir la mise en garde de la simulation)
Le capteur thermique chauffe de l'eau (transfert de chaleur). Le panneau photovoltaïque produit de l'électricité. Ici on chauffe l'eau sanitaire.
Avec le réglage de référence, relève dans la simulation la puissance captée (en W).
Environ 1 760 W.
Retrouve ce résultat : \(P = \eta \times G \times S\).
\(P = 0{,}55 \times 800 \times 4 = \mathbf{1\,760\ \text{W}}\). ✓
Calcule l'énergie nécessaire pour chauffer le ballon : \(Q = m \times c \times \Delta T\) (m = 200 kg, c = 4 180, ΔT = 40 °C). Donne le résultat en kJ.
\(Q = 200 \times 4\,180 \times 40 = 33\,440\,000\ \text{J} \approx \mathbf{33\,440\ \text{kJ}}\) (≈ 33,4 MJ).
Calcule le temps de chauffe : \(t = Q / P\). Exprime-le en heures et minutes, puis compare à la valeur de la simulation.
\(t = 33\,440\,000 / 1\,760 \approx 19\,000\ \text{s}\).
\(19\,000 / 3600 \approx \mathbf{5\,h\,17\,min}\). Cohérent avec la simulation.
Dans la simulation, diminue l'ensoleillement à 400 W/m² (ciel nuageux). Que devient le temps de chauffe ? Explique.
L'ensoleillement est divisé par 2, donc la puissance captée est divisée par 2, et le temps de chauffe est doublé (≈ 10–11 h). Avec moins de soleil, il faut beaucoup plus de temps : un appoint (résistance électrique) est souvent nécessaire.
Le client veut réduire le temps de chauffe. Dans la simulation, trouve deux réglages qui y parviennent et note-les.
Augmenter la surface de capteurs (ex. 6 m²) et/ou choisir un capteur de meilleur rendement augmentent la puissance, donc réduisent le temps. Un ballon plus petit chauffe aussi plus vite. (L'ensoleillement, lui, ne se règle pas : c'est la météo.)
Rédige en 4 lignes la réponse de Hugo au client : temps de chauffe estimé, de quoi il dépend, et un conseil.
« Par beau temps (800 W/m²), vos 4 m² de capteurs fournissent ≈ 1 760 W. Pour chauffer vos 200 L de 15 à 55 °C, il faut ≈ 33 400 kJ, soit environ 5 h de soleil. Le temps dépend surtout de l'ensoleillement et de la surface des capteurs : par temps couvert, prévoyez un appoint électrique. Pour chauffer plus vite, on peut augmenter la surface de capteurs. »
En une journée de 6 h de beau soleil, quelle énergie (en kWh) le capteur fournit-il ? (utilise \(E = P \times t\) avec P = 1 760 W)
\(E = 1\,760\ \text{W} \times 6\ \text{h} = 10\,560\ \text{Wh} \approx \mathbf{10{,}6\ \text{kWh/jour}}\) d'énergie gratuite, autant d'électricité ou de gaz économisés.
Réponse à la problématique : il faut ≈ 5 h de beau soleil pour chauffer 200 L. Le temps dépend de la puissance captée (\(P = \eta\,G\,S\)) et de l'énergie à fournir (\(Q = m\,c\,\Delta T\)) : \(t = Q/P\).
📚 Cette activité s'appuie sur le rayonnement et les transferts thermiques (leçon Ch04) et sur \(Q = m\,c\,\Delta T\).