Chapitre 11 – Transferts thermiques et équilibre thermique | 2nde Bac Pro (famille bâtiment) | Physique – Chimie | ⏱ 35 min
Dernière mise à jour : 15 août 2026, 19:10
En hiver, des traces de moisissure apparaissent souvent dans les angles d'un mur ou autour des fenêtres, presque jamais au milieu du mur. À ton avis, pourquoi à ces endroits précis ?
Ces endroits sont des ponts thermiques : l'isolation y est plus faible (angle, encadrement, plancher). La surface intérieure du mur y est donc plus froide, et l'humidité de l'air s'y condense (comme la buée sur une vitre froide), ce qui favorise les moisissures. C'est justement ce qu'une caméra thermique permet de repérer avant que les dégâts n'apparaissent.
Yanis réalise des inspections thermographiques pour un bureau de diagnostic. Par une matinée d'hiver, il inspecte la façade d'un pavillon avec une caméra thermique infrarouge. À l'intérieur, il fait 20 °C ; dehors, 0 °C. Sur l'écran de sa caméra, une bande horizontale colorée apparaît nettement au niveau du plancher de l'étage. Yanis soupçonne un pont thermique : il doit le prouver, chiffrer la perte de chaleur, puis conseiller le propriétaire.
La caméra mesure la température de la surface des murs (et non celle de l'air). Sur la façade, Yanis relève deux valeurs :
Pour comprendre l'origine de cette bande chaude, voici une coupe de la façade :
Le plancher en béton traverse l'isolant : c'est un pont thermique. La chaleur s'y échappe beaucoup plus qu'à travers le mur isolé, ce qui réchauffe la surface extérieure à cet endroit.
Thermogramme réel simplifié : la caméra traduit le rayonnement infrarouge des surfaces en « fausses couleurs ».
En hiver, l'intérieur du logement est à 20 °C et l'extérieur à 0 °C. Dans quel sens la chaleur traverse-t-elle la façade ? Justifie en une phrase.
La chaleur se transfère spontanément du corps chaud vers le corps froid : ici de l'intérieur (20 °C) vers l'extérieur (0 °C). Le bâtiment perd donc de la chaleur : ce sont les déperditions que le chauffage doit compenser.
La caméra fabrique son image à partir du rayonnement émis par les surfaces.
a. Parmi les trois modes de transfert (conduction, convection, rayonnement), lequel la caméra capte-t-elle ?
b. Ce rayonnement est-il visible à l'œil nu ?
a. Le rayonnement (infrarouge). Tout corps émet un rayonnement infrarouge, d'autant plus intense qu'il est chaud ; la caméra le mesure et le traduit en couleurs.
b. Non : l'infrarouge est invisible à l'œil nu. La caméra le rend visible sous forme de « fausses couleurs ».
Sur le thermogramme pris de l'extérieur, deux zones sont repérées : la zone courante (≈ 2 °C) et une bande horizontale (≈ 7 °C). Laquelle est le pont thermique ? Explique pourquoi elle apparaît plus chaude vue de l'extérieur.
La bande à ≈ 7 °C est le pont thermique. Vue de l'extérieur, elle apparaît plus chaude parce que la chaleur de l'intérieur s'échappe davantage à cet endroit : l'isolant y est interrompu par le plancher béton (voir la coupe). Cette fuite de chaleur réchauffe la surface extérieure. Règle : plus une zone laisse fuir la chaleur, plus sa surface extérieure est chaude sur le thermogramme. (Vue de l'intérieur, ce serait l'inverse : le pont thermique y apparaîtrait plus froid.)
Calcule le flux thermique \(\Phi_1\) qui traverse la zone de mur courant.
Données : \(U_1 = 0{,}25\ \text{W·m}^{-2}\text{·K}^{-1}\), \(S_1 = 10\ \text{m}^2\), \(\Delta T = 20\ \text{K}\).
La zone de mur courant (10 m²) laisse passer 50 W.
Calcule le flux thermique \(\Phi_2\) qui traverse la bande du pont thermique.
Données : \(U_2 = 2{,}0\ \text{W·m}^{-2}\text{·K}^{-1}\), \(S_2 = 1{,}5\ \text{m}^2\), \(\Delta T = 20\ \text{K}\).
La bande du pont thermique (1,5 m² seulement) laisse passer 60 W, soit plus que toute la zone courante de 10 m² !
La bande du pont thermique ne mesure que 1,5 m², contre 10 m² pour la zone courante — et pourtant elle perd plus de chaleur.
a. Calcule le flux par mètre carré (\(\varphi = \Phi / S\)) de chaque zone.
b. Combien de fois le pont thermique perd-il plus de chaleur par m² ?
c. Que peux-tu conclure ?
a. Zone courante : \(\varphi_1 = \dfrac{\Phi_1}{S_1} = \dfrac{50}{10} = \mathbf{5\ \text{W/m}^2}\).
Pont thermique : \(\varphi_2 = \dfrac{\Phi_2}{S_2} = \dfrac{60}{1{,}5} = \mathbf{40\ \text{W/m}^2}\).
b. \(\dfrac{40}{5} = \mathbf{8}\) : le pont thermique perd 8 fois plus de chaleur par m².
c. Une petite surface mal isolée (grand \(U\)) peut perdre plus de chaleur qu'une grande surface bien isolée. Il faut comparer les flux, pas seulement les surfaces : le pont thermique est une zone critique à traiter en priorité.
On suppose l'écart de 20 °C maintenu en moyenne pendant les 150 jours de la saison de chauffe.
a. Calcule l'énergie perdue par le pont thermique pendant la saison (en kWh). Rappel : \(E = \Phi \times t\), et 1 kWh = 1 000 W pendant 1 h.
b. Au prix de 0,20 €/kWh, combien cela coûte-t-il ?
a. Durée : \(t = 150 \times 24 = 3\,600\ \text{h}\). Flux : \(\Phi_2 = 60\ \text{W} = 0{,}060\ \text{kW}\). \[ E = \Phi_2 \times t = 0{,}060 \times 3\,600 = \mathbf{216\ \text{kWh}} \]
b. \(\text{Coût} = 216 \times 0{,}20 = \mathbf{43{,}20\ \text{€}}\) pour ce seul pont thermique, sur une saison. Sur toute la façade (les planchers de chaque étage, les angles, les encadrements…), l'addition grimpe vite.
Rédige la conclusion du rapport de Yanis pour le propriétaire : où se trouve le pont thermique, pourquoi il coûte cher, et une solution pour le corriger.
« Lors de l'inspection thermographique de la façade, un pont thermique a été repéré au niveau du plancher béton : la caméra y mesure une surface à 7 °C, alors que le mur courant est à 2 °C. À cet endroit, l'isolant est interrompu et la chaleur s'échappe environ 8 fois plus vite qu'ailleurs. Cette bande de 1,5 m² perd à elle seule 60 W, soit environ 216 kWh et 43 € par saison de chauffe. Solution recommandée : prolonger l'isolation par l'extérieur (ITE) pour recouvrir le nez de dalle et rétablir la continuité de l'isolant. Cela réduira fortement les déperditions et supprimera le risque de condensation et de moisissures à l'intérieur. »
Après traitement du pont thermique par isolation extérieure, la bande atteint \(U'_2 = 0{,}35\ \text{W·m}^{-2}\text{·K}^{-1}\) (surface et \(\Delta T\) inchangées).
a. Calcule le nouveau flux \(\Phi'_2\).
b. Quelle puissance est économisée ?
c. Sur la saison (150 jours), quelle économie en kWh et en € ?
a. \(\Phi'_2 = 0{,}35 \times 1{,}5 \times 20 = \mathbf{10{,}5\ \text{W}}\) (au lieu de 60 W).
b. Puissance économisée : \(60 - 10{,}5 = \mathbf{49{,}5\ \text{W}}\). La déperdition du pont thermique est divisée par près de 6.
c. \(E_{\text{éco}} = 0{,}0495 \times 3\,600 = \mathbf{178{,}2\ \text{kWh}}\), soit \(178{,}2 \times 0{,}20 = \mathbf{35{,}64\ \text{€}}\) économisés par saison, pour cette seule bande.
📚 §2.3 (rayonnement), §3 (flux thermique) et §6 (coefficient U) de la leçon Ch11.