Chapitre 11 – Transferts thermiques | 2nde Bac Pro MAMA | Physique-Chimie | ⏱ 30 min
Dernière mise à jour : 5 mai 2026, format manuel scolaire
Sophie, technicienne process chez Bois UV à Caen, observe une cabine de séchage UV pour vernis. Elle veut comprendre les 3 modes de transfert thermique pour optimiser la consommation d'énergie.
| Mode | Description | Exemple atelier |
|---|---|---|
| Conduction | Transfert dans un solide, sans déplacement de matière. Vibrations atomiques. | Manche métallique d'un fer à coller chaud |
| Convection | Transfert par déplacement de fluide (air, eau). L'air chaud monte, l'air froid descend. | Air chaud d'un radiateur dans la pièce |
| Rayonnement | Transfert par ondes électromagnétiques (infrarouge). Pas besoin de support. | Lampe IR, soleil sur la peau |
Pour chacun des 3 modes, citer un exemple de la vie quotidienne.
Pour chaque transfert dans la cabine UV, identifier le mode dominant.
Sophie remarque que la paroi extérieure de la cabine est tiède (37 °C) alors que la cabine est à 80 °C intérieurement. Quel mode de transfert traverse la paroi ?
À travers la paroi en laine de roche : conduction (passage de la chaleur de molécule en molécule dans le solide).
À l'extérieur, la paroi tiède réchauffe l'air ambiant par convection et émet aussi un peu de rayonnement IR.
L'isolant (laine de roche 50 mm) limite quel mode de transfert ?
Pourquoi un isolant fibreux (avec des poches d'air) est-il efficace ?
L'isolant limite la conduction (et un peu le rayonnement par effet de couches successives).
L'air immobile a une conductivité très faible (λ ≈ 0,025 W/(m·K)). Les fibres minérales emprisonnent des poches d'air qui ne peuvent pas circuler (pas de convection), ni rayonner (occulté par les fibres). C'est ce qui en fait un excellent isolant.
Pour limiter les pertes par rayonnement de la lampe UV (vers le haut, où il n'y a pas de bois), comment équiper la cabine ?
Mettre un réflecteur en aluminium poli au-dessus de la lampe. L'aluminium réfléchit jusqu'à 95 % du rayonnement IR. Cela renvoie l'énergie vers le bois au lieu de la perdre vers le plafond. Économie typique : 15-25 %.
L'air sortant de la cabine (vers la sortie de tapis) est encore chaud (50 °C). Sophie propose de le récupérer pour préchauffer l'air entrant. Comment s'appelle ce dispositif ? Comment fonctionne-t-il ?
C'est un échangeur thermique à contre-courant (récupérateur de chaleur).
Principe : l'air sortant (chaud) et l'air entrant (froid) circulent dans des conduits adjacents en sens opposé. La chaleur passe par conduction à travers la paroi de l'échangeur, du fluide chaud vers le fluide froid. L'air entrant est ainsi préchauffé sans coût énergétique. Économie possible : 30 à 50 %.
Récapitulons les pertes énergétiques de la cabine et les solutions :
Si la cabine consomme 50 kWh/jour et que ces 3 améliorations économisent 15 % chacune, calculer la nouvelle consommation (en supposant les économies indépendantes).
Économie cumulée : 1 − 0,85 × 0,85 × 0,85 = 1 − 0,614 ≈ 38,6 %.
Nouvelle consommation : 50 × (1 − 0,386) ≈ 30,7 kWh/jour.
Sur 220 j/an et 0,15 €/kWh : économie = (50 − 30,7) × 220 × 0,15 ≈ 637 €/an.
Sophie présente son audit énergétique. Rédiger en 5 lignes le plan d'action proposé.
Audit énergétique cabine UV — Bois UV Caen
Pertes identifiées par mode :
🔴 Conduction (parois) → renforcer l'isolation à 100 mm de laine de roche.
🔵 Convection (air sortant 50 °C) → installer un récupérateur à contre-courant.
🟠 Rayonnement (lampes UV vers le haut) → poser un réflecteur aluminium.
Gain estimé : 38 % de consommation en moins, soit ≈ 637 €/an.
Le rayonnement d'un corps chaud suit la loi de Stefan-Boltzmann : Φ = σ × T⁴ × S, avec σ = 5,67 × 10⁻⁸ W/(m²·K⁴). Calculer la puissance rayonnée par 1 m² d'un corps à 80 °C (353 K).
Φ = 5,67 × 10⁻⁸ × 353⁴ × 1 = 5,67 × 10⁻⁸ × 1,55 × 10¹⁰ = 880 W/m².
Cette valeur en réalité est divisée par l'émissivité du matériau (0,1 à 1). Et le rayonnement réel est la différence entre ce que le corps émet et ce qu'il reçoit (de l'environnement). À 80 °C dans un environnement à 20 °C, le rayonnement net est de l'ordre de 500 W/m².
📚 Cette activité s'appuie sur §1 (Le transfert thermique) et §2 (Les trois modes de transfert) de la leçon Ch11.