Chapitre 7 – Pression et force pressante | 1ère Bac Pro ICCER (Grpt 1) | Physique – Mécanique des fluides | ⏱ 35 min
Dernière mise à jour : 7 mai 2026, format manuel scolaire
💡 Notions centrales : leçon §V (Boyle-Mariotte) et §VI (vase d'expansion). Loi : à T constante, P × V = constante. Dilatation de l'eau de 20 à 80 °C ≈ 3 %.
Hugo, technicien chauffagiste chez « Énergie Plus » à Lille, doit choisir le bon vase d'expansion pour la nouvelle chaudière à condensation qu'il pose chez M. Wagner. Le circuit fait 120 L d'eau, et la température varie entre 20 °C (arrêt) et 80 °C (régime). L'eau se dilate, il faut absorber ce surplus de volume — c'est le rôle du vase. Mal dimensionné, soit la soupape de sécurité s'ouvre (gaspillage d'eau), soit le vase ne suit pas (surpression dangereuse).
| Modèle | Volume total | Prix HT |
|---|---|---|
| Reflex N5 | 5 L | 45 € |
| Reflex N8 | 8 L | 62 € |
| Reflex N12 | 12 L | 85 € |
| Reflex N18 | 18 L | 110 € |
| Reflex N25 | 25 L | 145 € |
Calculer le volume d'eau supplémentaire ΔV dû à la dilatation de l'eau quand elle passe de 20 °C à 80 °C, sachant que le coefficient de dilatation est 3 %.
ΔV = 3 % × 120 = 0,03 × 120 = 3,6 L
L'eau prend 3,6 L de plus en se réchauffant de 20 à 80 °C. Cette surplus doit être absorbé par le vase d'expansion sans provoquer de surpression dans le circuit.
Hugo choisit un vase Reflex N12 (volume total 12 L). À froid, le vase contient 12 L d'air à pression P₁ = 2,5 bar absolue (= pression de service à froid).
Quand l'eau dilate de 3,6 L, elle pousse la membrane et comprime l'air. Calculer le nouveau volume d'air V₂.
L'eau prend 3,6 L de plus dans le vase. Donc l'air est comprimé : V₂ = V₁ − ΔV = 12 − 3,6 = 8,4 L.
Appliquer la loi de Boyle-Mariotte à l'air comprimé : \(P_1 \times V_1 = P_2 \times V_2\). Calculer la nouvelle pression P₂ (absolue) puis convertir en pression relative.
P₂ = (P₁ × V₁) / V₂ = (2,5 × 12) / 8,4 = 30 / 8,4 ≈ 3,57 bar absolue
Pression relative (manomètre) : P₂_rel = 3,57 − 1 = 2,57 bar relative.
La pression du circuit en régime chaud monte à environ 2,6 bar relative.
La soupape de sécurité s'ouvre à 3 bar relative. La pression atteinte (2,57 bar relative) reste-t-elle en dessous de ce seuil ? Conclure sur le choix du vase N12.
2,57 bar relative < 3 bar de déclenchement → la soupape ne s'ouvre pas. Le vase Reflex N12 est conforme pour ce circuit.
Marge de sécurité : 3,00 − 2,57 = 0,43 bar (≈ 17 %). C'est une marge correcte pour absorber des variations imprévues (température + élevée, surpression de remplissage, etc.).
Si Hugo avait choisi un vase plus petit, le Reflex N5 (5 L), recalculer la pression P₂. Le circuit resterait-il sécurisé ?
V₁ = 5 L, V₂ = 5 − 3,6 = 1,4 L.
P₂ = (2,5 × 5) / 1,4 = 12,5 / 1,4 ≈ 8,93 bar absolue = 7,93 bar relative.
7,93 bar >> 3 bar de soupape → la soupape s'ouvre largement, l'eau est éjectée par le purgeur. Le circuit perd de l'eau, la pression chute, l'air entre dans le système → entartrage et corrosion.
Le vase N5 est sous-dimensionné. Toujours choisir un vase de capacité au moins 10 % du volume du circuit pour les chauffages standards.
Inversement, si Hugo avait choisi un vase trop gros, Reflex N25 (25 L), recalculer la pression P₂. Y a-t-il un inconvénient ?
V₁ = 25 L, V₂ = 25 − 3,6 = 21,4 L.
P₂ = (2,5 × 25) / 21,4 = 62,5 / 21,4 ≈ 2,92 bar absolue = 1,92 bar relative.
Pression très peu modifiée — la soupape ne risque rien. Mais inconvénients :
Conclusion : le N12 est le choix optimal (juste assez, ni trop, ni trop peu).
Hugo veut vérifier en magasin que la pré-pression du vase est bien réglée à 1,5 bar absolue (= 0,5 bar relative). Comment fait-il, et que se passe-t-il si la pré-pression est mal réglée ?
Vérification : vase à vide (déconnecté du circuit), brancher un manomètre sur la valve de gonflage (type Schrader, comme un pneu de voiture). Si la valeur affichée est différente de 1,5 bar absolue, regonfler à l'azote (pas à l'air ambiant pour éviter la corrosion interne).
Si pré-pression trop basse : le vase « accepte » l'eau dès la mise en pression du circuit → volume d'air faible dès le début → faible capacité d'absorption.
Si pré-pression trop haute : le vase n'absorbe pas l'eau → la dilatation pousse directement la soupape qui s'ouvre.
Règle : la pré-pression du vase = pression de service à froid (1,5 bar relative ici, soit 2,5 bar absolue). Mais dans certains catalogues, elle est exprimée en relative (1,5 bar) — toujours vérifier la convention.
Rédiger en 5 lignes la fiche de pose que Hugo remplit pour la chaudière de M. Wagner :
Énergie Plus — Pose chaudière chez M. Wagner (Lille) — 7 mai 2026
• Volume d'eau circuit : 120 L. Dilatation thermique 20→80 °C ≈ 3,6 L à absorber par le vase.
• Vase choisi : Reflex N12 (12 L, 85 € HT). Conforme : pression à 80 °C = 2,57 bar relative, en dessous du seuil soupape (3 bar). Marge 0,43 bar.
• Pré-pression vase contrôlée à 1,5 bar absolue (= pression de service circuit à froid). Regonflage à l'azote effectué.
• Vérifications avant mise en service : test étanchéité 30 min à 3 bar (→ activité 2), purge des radiateurs, contrôle ouverture soupape de sécurité.
• Maintenance annuelle : contrôler la pré-pression du vase (peut chuter avec le temps), regonfler si nécessaire.
Au bout de 3 ans, le vase de M. Wagner perd de l'azote et sa pré-pression chute à 1,0 bar absolue. Recalculer la pression P₂ atteinte à chaud. Que se passe-t-il ?
Avec une pré-pression vase de 1,0 bar absolue (= 0 bar relative), dès la mise en pression du circuit à 1,5 bar relative (2,5 bar abs), l'eau pousse directement dans le vase et le compresse. À froid, Vair est déjà réduit.
Calcul approché : à froid, l'eau pousse jusqu'à équilibrer 2,5 bar absolue : V₁ × 1,0 = 2,5 × Vaprès → Vaprès = 12 / 2,5 = 4,8 L → l'eau a déjà rempli 7,2 L du vase à froid.
À chaud, ΔV = 3,6 L pousse encore : Vair final = 4,8 − 3,6 = 1,2 L. Pfinale = 1,0 × 12 / 1,2 = 10 bar absolue ≈ 9 bar relative.
La soupape s'ouvre largement (au-dessus de 3 bar) → l'eau s'évacue à chaque cycle de chauffe. Avec le temps, il faut ajouter de l'eau régulièrement → entartrage du circuit, panne future.
Conclusion : la pré-pression du vase doit être contrôlée chaque année. C'est l'opération de maintenance la plus oubliée et la plus critique.
📚 Cette activité s'appuie sur §V (Loi de Boyle-Mariotte) et §VI (Vase d'expansion) de la leçon Ch07.