Chapitre 3 – Rayonnement thermique et effet de serre | Terminale Bac Pro ERA-MA | Physique-Chimie | ⏱ 50 min
Dernière mise à jour : 4 mai 2026, 11:30
Léna, ébéniste, gère un atelier de 200 m² construit en 1990 avec une isolation faible. Son chauffage électrique a coûté 4 200 € l'hiver dernier. Elle fait appel à Yanis, technicien en énergie du bâtiment, qui réalise un audit à la caméra thermique par −2 °C extérieur.
| Élément | T paroi ext. | État isolation | Pertes estimées |
|---|---|---|---|
| Toiture (200 m², tôle non isolée) | +5 °C | ⚠ très mauvaise | 40 % |
| Murs en parpaing brut (180 m²) | 0 °C | Mauvaise | 25 % |
| Portes coulissantes ateliers (24 m²) | +3 °C | Très mauvaise | 15 % |
| Sol béton (200 m²) | −1 °C | Légèrement mauvaise | 10 % |
| Ponts thermiques + ventilation | (non visible) | — | 10 % |
Plus la paroi extérieure est chaude par rapport à l'extérieur, plus elle est mal isolée.
📚 Cette activité réinvestit les notions du cours §1 (rayonnement IR), §3 (loi de Stefan) et §5 (isolation thermique).
Pourquoi la caméra thermique « voit »-elle ce que l'œil ne voit pas ?
Tout objet émet un rayonnement infrarouge (IR) dont l'intensité dépend de sa température (loi de Stefan : P ∝ T⁴, T en kelvin).
L'œil humain ne perçoit que la lumière visible (0,4-0,8 µm) ; la caméra thermique capte les IR thermiques (8-14 µm) et les traduit en couleurs.
Sur une façade, une zone chaude visible à la caméra = paroi mal isolée laissant la chaleur s'échapper.
D'après le document image, quelle est la zone la plus problématique de l'atelier ? Pourquoi ?
La toiture apparaît en rouge vif sur l'image thermique, avec une T extérieure de paroi +5 °C alors que l'air extérieur est à −2 °C → différence de 7 °C, signe d'une isolation très défaillante.
Comme l'air chaud monte, c'est aussi physiquement la zone où le plus de chaleur s'évacue.
40 % des pertes thermiques de l'atelier passent par la toiture.
Calculer le coût attribuable à chaque élément (sur les 4 200 €/an de chauffage).
La toiture seule représente le poste le plus coûteux.
Yanis propose 3 chantiers. Calculer le ROI (retour sur investissement) de chacun et hiérarchiser :
Critère : ROI = coût / économie annuelle.
Plan : commencer par toiture + rideaux (9 200 € investis, ~ 1 930 €/an économisés, ROI 4,8 ans). 50 %+ des pertes traitées.
Pourquoi l'isolation des murs (ITE) a-t-elle un ROI si long (31 ans) malgré une économie de 1 050 €/an ?
L'ITE (Isolation Thermique par l'Extérieur) est chère car :
L'économie annuelle (1 050 €) est conséquente, mais le ratio investissement/économie est défavorable.
L'ITE devient pertinente si :
Avec MaPrimeRénov' Pro et CEE, l'isolation de la toiture peut être aidée à hauteur de 30 % du coût. Recalculer le ROI net.
Coût brut : 8 000 €. Aides 30 % : 2 400 €. Coût net : 5 600 €.
ROI net : 5 600 / 1 680 ≈ 3,3 ans.
Rentabilité encore meilleure ! Les aides publiques sont conçues pour accélérer la transition énergétique des bâtiments. À ne pas négliger.
Source des aides : MaPrimeRénov' (revenus modestes), CEE (Certificats d'Économie d'Énergie, financés par les obligés énergéticiens), Éco-PTZ (prêt à taux 0).
Léna se plaint que l'atelier est très froid en hiver malgré le chauffage. Comment l'isolation va-t-elle améliorer cela ?
Sans isolation : la chaleur produite par le chauffage s'évacue rapidement (par toiture surtout) → pour maintenir 18 °C intérieur, il faut chauffer beaucoup et en continu.
Avec isolation toiture :
Effet psychologique : un atelier bien isolé semble mieux chauffé même si la température réelle est la même.
Rédiger en 5 lignes le rapport d'audit final de Yanis à Léna.
Audit thermique — atelier 200 m² Léna SARL
Sur les 4 200 €/an de chauffage, 40 % (1 680 €) s'envolent par la toiture non isolée, 15 % (630 €) par les portes coulissantes.
Recommandation prioritaire : isoler la toiture par soufflage de laine (8 000 €, ROI 4,8 ans, 3,3 ans avec aides) et poser des rideaux thermiques sur les portes (1 200 €, ROI 4,8 ans).
Total : 9 200 € pour économiser ≈ 1 930 €/an. Confort fortement amélioré.
ITE des murs reportée (ROI 31 ans, sauf si ravalement à mener). Aides MaPrimeRénov' applicables sur la toiture.
Loi de Stefan : un mur à 5 °C (= 278 K) émet plus d'IR qu'un mur à 0 °C (= 273 K). Calculer le ratio d'émission.
Loi de Stefan-Boltzmann : P = σ × T⁴ (W/m²), où σ = 5,67 × 10⁻⁸ et T en kelvin.
P(278 K) = 5,67 × 10⁻⁸ × 278⁴ ≈ 339 W/m².
P(273 K) = 5,67 × 10⁻⁸ × 273⁴ ≈ 315 W/m².
Ratio : 339 / 315 ≈ 1,076 → + 7,6 % d'émission IR pour 5 °C de plus.
Petite différence en relatif, mais cumulée sur 200 m² × heures × jours d'hiver, ça représente effectivement les 1 680 €/an estimés.
La caméra thermique amplifie visuellement cette différence pour faciliter le diagnostic.