Chapitre 4 – Transferts thermiques | 1ère Bac Pro ICCER (Grpt 1) | Physique – Thermique | ⏱ 35 min
Dernière mise à jour : 7 mai 2026, format manuel scolaire
💡 Notions centrales : leçon §2 (convection thermique). Puissance transportée par un fluide : \(P = \rho \cdot c \cdot q \cdot \Delta T\), avec ρ masse volumique, c capacité thermique, q débit volumique, ΔT écart de température.
Théo, plombier-chauffagiste chez « ChauffeBien » à Tours, doit installer un nouveau radiateur dans le salon de M. Faure. La chaufferie au sous-sol envoie de l'eau chaude vers le radiateur, qui restitue cette chaleur à la pièce par convection. Le salon a besoin d'une puissance de chauffage de 1 500 W. Théo doit choisir le bon radiateur dans son catalogue et calculer le débit d'eau nécessaire.
| Modèle | Hauteur × Largeur | Puissance nominale (régime 65/55/20) | Prix HT |
|---|---|---|---|
| Acova Vuelta 60 | 60 × 120 cm | 1 100 W | 320 € |
| Acova Vuelta 80 | 80 × 120 cm | 1 480 W | 410 € |
| Acova Vuelta 100 | 100 × 120 cm | 1 800 W | 520 € |
| Acova Vuelta 120 | 120 × 120 cm | 2 100 W | 640 € |
Régime « 65/55/20 » signifie : eau de départ 65 °C, eau de retour 55 °C, ambiance 20 °C. La puissance nominale est garantie à ce régime.
Citer la relation qui donne la puissance transportée par un fluide caloporteur entre deux points (départ et retour) avec un écart de température ΔT.
Identifier les unités à utiliser pour obtenir une puissance en watts (W).
Relation : \(P = \rho \cdot c \cdot q \cdot \Delta T\)
Cette relation traduit : « la puissance transportée est proportionnelle à la quantité d'eau qui passe et à l'écart de température entre l'aller et le retour ».
Calculer le débit volumique q d'eau (en m³/s, puis convertir en L/h) nécessaire pour transporter P = 1 500 W avec ΔT = 10 °C.
De P = ρ × c × q × ΔT, on tire q = P / (ρ × c × ΔT) :
q = 1 500 / (1 000 × 4 180 × 10) = 1 500 / 41 800 000 ≈ 3,59 × 10⁻⁵ m³/s
Conversion : 1 m³ = 1 000 L et 1 s = 1/3 600 h, donc 1 m³/s = 3 600 000 L/h.
q ≈ 3,59 × 10⁻⁵ × 3 600 000 ≈ 129 L/h, soit environ 2,2 L/min.
(Pour ne pas se tromper d'unité, on peut directement utiliser : débit massique qm = P / (c × ΔT) = 1 500/(4 180×10) = 0,0359 kg/s × 3 600 = 129 kg/h, soit 129 L/h pour de l'eau.)
D'après le catalogue (Doc 2), quel modèle de radiateur Théo doit-il choisir pour couvrir 1 500 W ? Justifier en respectant la règle « légèrement surdimensionné mais pas trop ».
Besoin : 1 500 W. Comparaison :
Choix : Vuelta 100 (1 800 W, 520 €). Marge de 20 % = bonne sécurité par grand froid (jours où ΔT extérieure peut dépasser les 12 °C nominaux).
Théo se demande s'il pourrait utiliser un régime de chauffage basse température (eau à 45/35 °C → ΔT = 10 °C, mais T moyenne radiateur de 40 °C au lieu de 60 °C). Comment cela affecterait-il le radiateur Vuelta 100 ?
Repère : la puissance d'un radiateur dépend fortement de la température moyenne de l'eau. Un fabricant indique typiquement P_BT ≈ 0,5 × P_HT.
En régime basse température (45/35), le Vuelta 100 ne fournirait plus que ≈ 0,5 × 1 800 = 900 W au lieu de 1 800 W.
Insuffisant pour couvrir les 1 500 W du salon. Il faudrait alors :
Le régime BT est associé à des PAC (qui produisent mal de l'eau à 65 °C). C'est tout l'enjeu de la rénovation : passer une maison ancienne en BT pour permettre une PAC.
Distinguer convection naturelle (radiateur classique) et convection forcée (ventilo-convecteur). Donner un avantage et un inconvénient pour chacun.
| Type | Principe | Avantage | Inconvénient |
|---|---|---|---|
| Convection naturelle | L'air chaud monte spontanément (air dilaté plus léger). Pas de moteur. | Silencieux, fiable, sans maintenance, sans énergie électrique. | Échange lent, nécessite radiateur de grande taille pour transmettre la puissance. |
| Convection forcée | Un ventilateur souffle l'air sur les ailettes chaudes. | Échange thermique très rapide, radiateur plus compact (puissance × 3). | Bruit, consommation électrique du ventilateur (~ 30 W), maintenance. |
Application : convection naturelle → habitat résidentiel (chambres, salons). Convection forcée → ventilo-convecteurs en bureaux, climatisation, locaux industriels où la rapidité d'échange compte.
Si la maison a 10 radiateurs identiques au Vuelta 100, calculer le débit total que doit fournir le circulateur principal (en supposant que tous fonctionnent à pleine puissance simultanément).
Puissance totale : 10 × 1 800 = 18 000 W = 18 kW.
Débit total : qtot = 18 000 / (1 000 × 4 180 × 10) = 18 000 / 41 800 000 ≈ 4,3 × 10⁻⁴ m³/s
Soit en L/h : 4,3 × 10⁻⁴ × 3 600 000 ≈ 1 550 L/h ≈ 1,55 m³/h.
C'est l'ordre de grandeur du débit d'un circulateur Wilo Yonos PARA 7-130 (≈ 2 m³/h max), couramment installé dans une maison individuelle.
Théo se demande si diminuer ΔT entre départ et retour (par exemple 5 °C au lieu de 10 °C) serait préférable. Recalculer le débit q nécessaire pour 1 500 W avec ΔT = 5 °C, puis avec ΔT = 20 °C. Quelle est la conséquence d'un faible ΔT sur le circulateur ?
Conclusion : à puissance constante, q et ΔT sont inversement proportionnels. Un faible ΔT impose un débit plus élevé → circulateur plus puissant et bruyant, pertes de charge plus grandes.
Compromis pratique : ΔT = 10 °C est le standard pour les installations résidentielles. ΔT = 20 °C est utilisé en industrie (réseaux de chaleur urbains) pour réduire les diamètres de tuyauterie.
Rédiger en 5 lignes la fiche d'installation que Théo remplit pour M. Faure :
ChauffeBien — Fiche installation radiateur · Salon de M. Faure (Tours) — 7 mai 2026
• Modèle posé : Acova Vuelta 100 × 120 cm — puissance nominale 1 800 W au régime 65/55/20 (besoin pièce 1 500 W, marge 20 %).
• Débit nécessaire : 129 L/h (≈ 2,2 L/min) à régler sur le robinet thermostatique. Eau départ 65 °C, retour 55 °C → ΔT = 10 °C.
• Régime de chauffage : haute température (compatible avec votre chaudière gaz à condensation actuelle).
• Si évolution future vers une PAC : ce radiateur ne suffira plus (P chute à ≈ 900 W en BT). Prévoir alors le remplacement ou ajout d'un second radiateur.
• Mise en service : purger l'air avant 1ʳᵉ chauffe, vérifier l'absence de fuite après 24 h. Garantie pièces 5 ans.
Le radiateur Vuelta 100 fournit 1 800 W à la pièce. Ce flux thermique se répartit en environ 30 % de rayonnement infrarouge et 70 % de convection. Calculer la part de chacun en watts. Pourquoi un radiateur en fonte (à inertie) émet-il proportionnellement plus de rayonnement qu'un radiateur en acier ?
Rayonnement : 0,30 × 1 800 = 540 W. Convection : 0,70 × 1 800 = 1 260 W.
La fonte est plus massive (inertie thermique) → reste chaude longtemps après la coupure du circulateur, ce qui augmente le rayonnement à températures modérées. Les radiateurs en acier (fins) montent et descendent vite en température, donc surtout en convection chaude.
Côté confort : le rayonnement est perçu comme une chaleur « douce » (similaire au soleil), tandis que la convection chauffe l'air avant la peau. C'est pourquoi les radiateurs en fonte sont souvent jugés plus confortables, malgré leur poids.
📚 Cette activité s'appuie sur §2 (Convection thermique) et §5 (Applications en installation thermique) de la leçon Ch04.