Chapitre 4 – Les trois modes de transfert thermique | 1ère Bac Pro ICCER (Grpt 1) | Physique – Thermique | ⏱ 35 min
Dernière mise à jour : 28 mai 2026
Quand tu mets ta main au-dessus d'une plaque chauffante, tu sens la chaleur. Quand tu mets ta main à côté à la même distance, tu sens beaucoup moins. Pourquoi ?
Au-dessus de la plaque, l'air chaud monte et passe par ta main → tu sens fort la chaleur.
À côté, la convection ne se produit pas (l'air ne va pas vers le côté). On sent juste le rayonnement (mode plus faible).
👉 La convection = mouvement d'air chaud vers le haut. C'est ce qu'on étudie ici.
Adam, technicien CVC (Chauffage – Ventilation – Climatisation) chez « AirSain Lyon », équipe un appartement T4 neuf à Lyon. Il doit dimensionner la VMC (Ventilation Mécanique Contrôlée) et expliquer pourquoi le radiateur du séjour est placé sous la fenêtre.
Quand l'air se réchauffe, il se dilate : son volume augmente, donc sa masse volumique (kg/m³) diminue. L'air chaud devient plus léger que l'air froid environnant et monte par poussée d'Archimède.
Une fenêtre est la zone la plus froide d'une pièce en hiver. L'air à son contact se refroidit et descend en formant un « courant d'air froid » désagréable au niveau des pieds. En plaçant le radiateur juste en-dessous, l'air chaud monte le long de la fenêtre et compense le refroidissement → meilleur confort thermique, pas de courants d'air froid.
Le débit d'air à extraire d'un logement neuf dépend du nombre de pièces principales :
L'air pulsé entre par les pièces sèches (séjour, chambres) et est extrait des pièces humides (cuisine, salle de bain, WC).
Expliquer en une phrase pourquoi l'air chaud monte.
L'air chaud est moins dense (plus léger) que l'air froid → il monte par poussée d'Archimède.
Calculer la différence de masse volumique entre l'air à 20 °C (1,20 kg/m³) et à 40 °C (1,13 kg/m³). Que représente ce pourcentage ?
Différence : 1,20 − 1,13 = 0,07 kg/m³. En pourcentage : 0,07/1,20 ≈ 5,8 % de masse en moins.
Cette différence apparemment faible suffit à créer un mouvement convectif visible et exploitable pour chauffer une pièce.
Dans la situation du Doc 2 (radiateur sous fenêtre), tracer ou décrire le trajet d'une particule d'air partant du radiateur. Pourquoi cette disposition évite-t-elle les courants d'air froid ?
Trajet : (1) chauffée par le radiateur, l'air monte le long de la fenêtre, (2) se refroidit au plafond, (3) redescend du côté opposé, (4) revient au sol vers le radiateur. Boucle de convection naturelle.
Le flux d'air chaud qui monte contre la fenêtre empêche que l'air refroidi par la vitre descende au niveau du sol (= « pieds gelés »). C'est le rôle clé du placement.
D'après le Doc 3, quel débit de VMC Adam doit-il installer dans l'appartement T4 ?
T4 = 4 pièces principales. Débit réglementaire : 90 m³/h en grand débit (cuisine).
En débit réduit (autres pièces humides) : ~ 30 m³/h.
Si l'appartement a un volume total de 200 m³, calculer le taux de renouvellement d'air (vol/h) avec une VMC à 90 m³/h. Est-il proche de la moyenne « confort » de 0,5 vol/h ?
Taux : \(90 / 200 = \mathbf{0{,}45\ \text{vol/h}}\), soit l'air entièrement renouvelé toutes les 2 h 13.
Très proche de la consigne 0,5 vol/h → conformité respiratoire et hygiénique ✓.
Une VMC simple flux rejette l'air vicié chaud à l'extérieur. Si la pièce est à 20 °C et l'extérieur à 5 °C, calculer l'énergie thermique « perdue » par la VMC en 1 h (capacité thermique massique de l'air \(c = 1\,005\) J/(kg·K), masse volumique 1,2 kg/m³).
Formule : \(Q = m \times c \times \Delta T\).
Volume d'air évacué/h : 90 m³. Masse : \(m = 90 \times 1{,}2 = 108\) kg.
ΔT = 20 − 5 = 15 °C = 15 K.
\(Q = 108 \times 1\,005 \times 15 \approx \mathbf{1\,628\,000\ \text{J/h}} = 1{,}63\ \text{MJ/h}\) ≈ 0,45 kWh/h.
Sur la saison de chauffe (1 500 h) : 678 kWh/an de chauffage perdu juste par la VMC, soit ~ 68 €/an à 0,10 €/kWh.
Une VMC double flux avec récupérateur de chaleur récupère 80 % de la chaleur de l'air vicié. Recalculer la perte annuelle. L'investissement supplémentaire (2 500 € vs 800 € simple flux) est-il rentable ?
Perte récupérée 80 % → reste 20 % : 678 × 0,20 ≈ 136 kWh/an de pertes.
Économie : 678 − 136 = 542 kWh/an, soit ~ 54 €/an.
Surcoût investissement : 2 500 − 800 = 1 700 €. ROI : 1 700 / 54 ≈ 31 ans.
Très long. La VMC double flux est rentable dans les maisons très isolées (RE2020) où chaque kWh compte, ou si le confort acoustique/qualité d'air sont prioritaires. Sinon, simple flux reste un choix raisonnable.
Rédiger en 5 lignes la note technique d'Adam pour la pose VMC dans le T4 :
AirSain Lyon — Note pose VMC T4
• Débit réglementaire : 90 m³/h en cuisine (arrêté 1982). Taux renouvellement : 0,45 vol/h.
• VMC retenue : simple flux hygroréglable (800 €). Compromis coût/efficacité.
• Alternative : double flux (2 500 €) si confort prioritaire (économie 54 €/an, ROI 31 ans).
• Confort thermique : placer les radiateurs sous les fenêtres pour utiliser la convection et bloquer les courants d'air froid.
• Conformité réglementaire et respiratoire respectée.
Un sèche-cheveux souffle de l'air à 60 °C avec un débit de 10 m³/h. Comparer la quantité de chaleur transférée par convection forcée en 5 minutes avec la convection naturelle d'un mur chaud à 30 °C qui chauffe ~ 1 m³ d'air par minute.
Sèche-cheveux : volume soufflé en 5 min : \(10 \times 5/60 = 0{,}83\) m³. ΔT = 40 °C. Q ≈ 0,83 × 1,2 × 1005 × 40 ≈ 40 kJ.
Mur chaud (convection naturelle) : volume chauffé en 5 min : 5 m³. ΔT = 10 °C. Q ≈ 5 × 1,2 × 1005 × 10 ≈ 60 kJ.
Sur ce cas, la convection naturelle transfère un peu plus d'énergie totale, mais avec une vitesse beaucoup plus faible. La convection forcée est utile pour concentrer un flux thermique dans un délai court.
📚 §2 (Convection thermique) de la leçon Ch04.