Chapitre 12 – Changements d'état et énergie thermique | 2nde Bac Pro | Physique – Chimie | ⏱ 30 min
Dernière mise à jour : 21 octobre 2026, 17:40
💡 Notions centrales : leçon §4 (énergie de changement d'état : \(Q = m \times L\)). À l'évaporation le fluide absorbe de la chaleur, à la condensation il en libère.
Sofiane, technicien climatisation chez « AirConfort 34 » à Montpellier, installe une climatisation réversible chez un particulier. Le client lui demande : « Comment cet appareil peut-il faire du froid l'été et du chaud l'hiver, avec si peu d'électricité ? » Sofiane lui explique que la machine ne fabrique pas de froid : elle déplace la chaleur grâce à un fluide qui change d'état.
À l'aide du Document 1, nommer les deux changements d'état que subit le fluide dans le cycle, et préciser l'organe où chacun se produit.
Le fluide subit deux changements d'état :
Rappel du cours : un fluide absorbe de la chaleur quand il s'évapore et en libère quand il se condense. En déduire : dans quel organe le fluide prend-il de la chaleur ? Dans lequel la rejette-t-il ?
Le fluide prend de la chaleur dans l'évaporateur (intérieur) en s'évaporant : il refroidit donc l'air de la pièce.
Il rejette cette chaleur dans le condenseur (extérieur) en se condensant : l'unité extérieure souffle de l'air chaud.
La chaleur a été transportée de l'intérieur vers l'extérieur.
Calculer l'énergie \(Q\) absorbée lorsque 0,5 kg de R-32 s'évapore dans l'évaporateur. Utiliser \(Q = m \times L\).
\(Q = m \times L = 0{,}5 \times 280 = \mathbf{140\ \text{kJ}}\).
En s'évaporant, 0,5 kg de fluide retire 140 kJ de chaleur à l'air de la pièce.
Quelle masse \(m\) de R-32 faut-il évaporer pour extraire 700 kJ de chaleur de la pièce ? (On isole \(m\) dans \(Q = m \times L\).)
\(m = \dfrac{Q}{L} = \dfrac{700}{280} = \mathbf{2{,}5\ \text{kg}}\) de fluide à évaporer.
La climatisation doit extraire 3 500 J chaque seconde (puissance 3 500 W). Quelle masse de fluide doit s'évaporer par seconde ? (C'est le « débit » de fluide.) On rappelle \(L = 280\ 000\) J/kg.
Énergie à retirer par seconde : 3 500 J.
\(m = \dfrac{Q}{L} = \dfrac{3\,500}{280\,000} \approx \mathbf{0{,}0125\ \text{kg/s}}\), soit environ 12,5 g/s.
Le compresseur doit donc faire circuler à peu près 12,5 g de fluide chaque seconde. (Dans la simulation, l'indicateur « débit de fluide » affiche cette même grandeur ; sa valeur dépend des réglages choisis, elle ne vaut donc pas 12,5 g/s par défaut.)
Expliquer en une phrase pourquoi on dit qu'une climatisation « ne fabrique pas de froid ».
Une climatisation ne crée pas de froid : elle retire de la chaleur à l'air de la pièce (grâce à l'évaporation du fluide) et la rejette dehors (grâce à la condensation). Le froid ressenti est simplement de l'air auquel on a enlevé de la chaleur.
En mode hiver (pompe à chaleur), la machine inverse son fonctionnement. Dans la simulation, bascule en mode « pompe à chaleur ». Que deviennent alors les rôles de l'unité intérieure et de l'unité extérieure ?
En hiver, le cycle est inversé :
La même machine déplace donc la chaleur du dehors vers l'intérieur : c'est une pompe à chaleur.
Rédiger en 4 à 5 lignes la réponse que Sofiane donne à son client (« Comment ça fait du froid puis du chaud ? »). Employer les mots évaporation, condensation, chaleur, déplacée.
« Votre climatisation ne fabrique pas de froid : elle déplace la chaleur. À l'intérieur, un fluide s'évapore et absorbe la chaleur de la pièce : l'air ressort froid. À l'extérieur, le même fluide se condense et rejette cette chaleur dehors. En hiver, on inverse le sens : le fluide prend la chaleur de l'air extérieur et la libère dans la pièce. Comme on ne fait que transporter une chaleur déjà présente, l'électricité consommée est faible. »
Pourquoi utilise-t-on le changement d'état d'un fluide plutôt qu'un simple réchauffement pour transporter la chaleur ? Compare l'énergie nécessaire pour évaporer 1 kg d'eau (2 260 kJ) avec celle nécessaire pour chauffer 1 kg d'eau de 1 °C (4,2 kJ).
\(\dfrac{2\,260}{4{,}2} \approx \mathbf{538}\) : évaporer 1 kg d'eau échange environ 538 fois plus d'énergie que la chauffer de 1 °C.
Un changement d'état échange énormément d'énergie pour une petite masse de fluide. C'est pourquoi les climatisations et pompes à chaleur utilisent l'évaporation/condensation d'un fluide : on transporte beaucoup de chaleur avec très peu de matière.
Réponse à la problématique : une climatisation déplace la chaleur d'un endroit à un autre grâce à un fluide qui change d'état. À l'évaporation il absorbe de la chaleur (côté froid), à la condensation il la libère (côté chaud).
📚 Cette activité s'appuie sur §4 (énergie de changement d'état, \(Q = m \times L\)) de la leçon Ch12.