Chapitre 11 – Transferts thermiques | 2nde Bac Pro | Physique-Chimie | ⏱ 40 min
Dernière mise à jour : 15 août 2026, 19:10
💡 Cette activité prolonge le diagnostic des déperditions thermiques : ici, à partir des pertes connues, on dimensionne le chauffage. Notion formalisée dans la leçon.
Une pompe à chaleur peut-elle fournir plus d'énergie (de chaleur) qu'elle ne consomme d'électricité ? Est-ce « de l'énergie gratuite » ?
Oui : une pompe à chaleur fournit environ 3 fois plus de chaleur que l'électricité qu'elle consomme — et ce n'est pas magique. Elle ne crée pas cette chaleur : elle la prend dans l'air extérieur (même froid, l'air contient de la chaleur) et la transfère à l'intérieur. L'électricité sert seulement à faire fonctionner le compresseur qui déplace cette chaleur. L'énergie totale est bien conservée.
Nadia installe des pompes à chaleur chez les particuliers. Une cliente veut remplacer ses vieux radiateurs électriques par une pompe à chaleur. Le diagnostic de la maison est déjà fait : Nadia connaît les déperditions. Elle doit maintenant choisir la bonne puissance et montrer à la cliente l'économie possible.
La pompe à chaleur ne crée pas d'énergie : elle ajoute à l'électricité payée la chaleur prise gratuitement dans l'air extérieur.
Le Doc 1 indique que la maison perd de la chaleur au rythme de Φ = 6 kW quand il fait très froid. Explique avec tes mots ce que représente ce « flux thermique » de 6 kW, puis déduis-en la puissance minimale que le chauffage doit fournir.
Le flux thermique \(\Phi = 6\) kW est la puissance perdue par la maison : la vitesse à laquelle elle laisse échapper sa chaleur vers l'extérieur (murs, toit, fenêtres, ventilation).
Pour maintenir 20 °C à l'intérieur, le chauffage doit compenser exactement ces pertes, donc fournir au moins 6 kW. S'il fournit moins, la température intérieure baisse.
Trois pompes à chaleur sont disponibles : 5 kW, 7 kW, 9 kW. Laquelle Nadia doit-elle choisir pour couvrir les déperditions ? Justifie pourquoi les deux autres ne conviennent pas.
Le chauffage doit fournir au moins 6 kW.
• PAC A (5 kW) : insuffisante (5 < 6) → la maison resterait froide par grand froid.
• PAC B (7 kW) : convient (7 ≥ 6, avec une petite marge de sécurité).
• PAC C (9 kW) : surdimensionnée (bien plus que 6 kW) → plus chère à l'achat et cycles marche/arrêt trop courts.
→ Nadia choisit la PAC de 7 kW.
Le COP vaut 3 : « pour 1 kWh d'électricité, la pompe à chaleur fournit 3 kWh de chaleur ». D'où vient l'énergie « en plus » ? La pompe à chaleur crée-t-elle de l'énergie ? Aide-toi du schéma.
Non, la pompe à chaleur ne crée pas d'énergie : elle transfère de la chaleur déjà présente dans l'air extérieur vers l'intérieur. L'électricité sert seulement à faire fonctionner le compresseur qui déplace cette chaleur.
Bilan du schéma : \(\underbrace{2\text{ kWh}}_{\text{électricité}} + \underbrace{4\text{ kWh}}_{\text{pris à l'air}} = \underbrace{6\text{ kWh}}_{\text{chaleur}}\). L'énergie est bien conservée ; c'est ce « bonus » gratuit de l'air qui explique le COP = 3.
La PAC choisie doit fournir 6 kW de chaleur (les déperditions). Avec un COP de 3, quelle puissance électrique la pompe à chaleur consomme-t-elle ?
Aide : puissance électrique = puissance de chaleur ÷ COP.
\(P_{\text{élec}} = \dfrac{P_{\text{chaleur}}}{\text{COP}} = \dfrac{6}{3} = \mathbf{2\ kW}\).
La pompe à chaleur ne consomme que 2 kW d'électricité pour fournir 6 kW de chaleur.
Par une journée de grand froid, le chauffage fonctionne 10 h. Avec \(E = P \times t\) (E en kWh, P en kW, t en h), calcule :
a) l'énergie thermique fournie à la maison ; b) l'énergie électrique consommée par la pompe à chaleur.
a) Chaleur fournie : \(E = P \times t = 6 \times 10 = \mathbf{60\ kWh}\).
b) Électricité consommée par la PAC : \(E = 2 \times 10 = \mathbf{20\ kWh}\).
On retrouve bien \(60 \div 3 = 20\) kWh (grâce au COP = 3).
Pour fournir les mêmes 60 kWh de chaleur, quelle électricité consommerait un chauffage par radiateurs électriques (COP = 1) ? Compare avec la pompe à chaleur.
Avec des radiateurs (COP = 1), il faut autant d'électricité que de chaleur : pour 60 kWh de chaleur → 60 kWh d'électricité.
La pompe à chaleur, elle, ne consomme que 20 kWh pour la même chaleur.
\(\dfrac{60}{20} = 3\) : la pompe à chaleur consomme 3 fois moins d'électricité (c'est exactement la valeur du COP).
L'électricité coûte 0,25 €/kWh. Calcule le coût d'une journée de chauffage : a) avec la pompe à chaleur ; b) avec des radiateurs électriques. Quelle est l'économie réalisée grâce à la pompe à chaleur ?
a) Pompe à chaleur : \(20 \times 0{,}25 = \mathbf{5\ \text{€}}\).
b) Radiateurs : \(60 \times 0{,}25 = \mathbf{15\ \text{€}}\).
Économie : \(15 - 5 = \mathbf{10\ \text{€}}\) par jour de grand froid. Sur toute une saison de chauffe, l'économie devient très importante.
Rédige la note de Nadia à la cliente : la pompe à chaleur choisie, pourquoi, et son intérêt par rapport aux radiateurs électriques (consommation, coût).
« Votre maison perd 6 kW de chaleur par grand froid. Je vous conseille la pompe à chaleur de 7 kW : la 5 kW serait insuffisante, la 9 kW inutilement puissante et plus chère. Grâce à son COP de 3, elle ne consomme que 2 kW d'électricité pour fournir 6 kW de chaleur. Sur une journée très froide, cela représente environ 20 kWh au lieu de 60 kWh avec des radiateurs, soit 5 € au lieu de 15 € : vous économisez environ 10 € par jour de grand froid, avec le même confort. »
En réalité, le COP d'une pompe à chaleur baisse quand il fait très froid dehors (il peut descendre vers 2, voire moins).
a) Pour fournir 6 kW de chaleur avec un COP de 2, quelle électricité la PAC consomme-t-elle ? b) Pourquoi les installateurs prévoient-ils souvent un chauffage d'appoint pour les jours les plus froids ?
a) \(P_{\text{élec}} = \dfrac{6}{2} = \mathbf{3\ kW}\) (au lieu de 2 kW) : la PAC consomme plus quand il fait très froid.
b) Quand il fait très froid, il y a moins de chaleur à prendre dans l'air extérieur : le COP baisse, la PAC devient moins efficace, parfois insuffisante. Un appoint (résistance électrique, poêle…) prend le relais les quelques jours extrêmes — cela évite de surdimensionner (et de trop payer) la PAC juste pour ces jours-là.
📚 §3 (flux thermique) de la leçon Ch11.