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Activité 7 – Chauffage rayonnant IR d'une église SITUATION PRO

Ch04 – Rayonnement thermique | Terminale ICCER | ⏱ 35 min

Dernière mise à jour : 3 juin 2026

Ce que tu vas apprendre :

🤔 Avant de commencer

Comment chauffer 60 personnes assises dans une église de 3 000 m³, au volume immense, avec une efficacité raisonnable ?

Chauffer l'air d'une église par convection (radiateurs ou soufflage) est extrêmement coûteux :

  • Volume énorme (3 000 m³) à chauffer de 5 °C à 18 °C = beaucoup d'énergie.
  • Murs en pierre épaisse (1 m), capacité thermique colossale → 24-48 h avant que la pierre se réchauffe.
  • Ventilation, vitraux : déperditions énormes.
  • Risque sur les œuvres : variation T/HR brutale = dégradations.

Solution : chauffage rayonnant infrarouge. On chauffe directement les personnes (corps + vêtements) par rayonnement, sans chauffer l'air ni les murs. L'inertie est nulle : confort immédiat. Le volume devient secondaire.

Situation – Maxence, installateur chauffage rayonnant chez ChalorRayon (Annecy)

Maxence, technicien chez ChalorRayon 74 Annecy, équipe l'église Saint-Maurice (XVe siècle) avec un système de panneaux rayonnants IR pour les offices du dimanche. Cible : 60 personnes assises pendant 1h30. Il doit dimensionner et chiffrer.

Document 1 — Panneau IR longueur d'onde courte HeliosTec HT 4500

📖 Vocabulaire

Chauffage rayonnant
Émetteur très chaud (filament, plaque) qui émet beaucoup d'IR. Les IR traversent l'air (air = transparent en IR) et chauffent directement les corps absorbants.
Onde courte / longue
Onde courte (filament 2 000-2 500 °C, pic à 1,2 µm) : pénètre les vêtements, sensation chaude rapide. Onde longue (250-400 °C, pic à 5 µm) : reste en surface, plus douce.
Confort thermique
Sensation de chaleur ressentie. Dépend de T_air ET du rayonnement environnant. Une personne peut être confortable à T_air 10 °C si elle reçoit un fort flux IR (cas d'une terrasse chauffée).

Q1 APP

Loi de Wien : λ_max d'émission du filament à 2 200 °C = 2 473 K.

λ_max = 2 898 / 2 473 = 1,17 µm.

IR proche, à la frontière du visible. C'est pourquoi le filament apparaît rouge-orange : 5 % du rayonnement est dans le visible. C'est aussi pourquoi on parle de « lampes chauffantes ».

Q2 REA

Puissance rayonnante effective P_ray = P_él × η.

P_ray = 4 500 × 0,92 = 4 140 W de rayonnement.

Les 360 W restants chauffent légèrement l'air autour du tube (convection naturelle, négligée).

Q3 REA

Surface au sol éclairée par le panneau à 4 m de hauteur, cône 60° (demi-angle 30°).

Rayon du cercle au sol : r = h × tan(30°) = 4 × 0,577 = 2,31 m.

Aire = π × r² = π × 2,31² = 16,8 m².

Densité moyenne : 4 140 / 16,8 = 246 W/m². Cohérent avec annonce constructeur (250 W/m²).

Q4 ANA

Nombre de panneaux pour couvrir 60 personnes. Densité d'occupation : 4 personnes/m² (assises serrées). Bonus IR confort 250 W/m² souhaité.

Surface occupée : 60 / 4 = 15 m². Mais on prévoit large pour couvrir les bancs et les allées : 60 m² à équiper.

Aire couverte par 1 panneau : 16,8 m². Nombre = 60 / 16,8 = 3,6 → 4 panneaux.

Puissance totale : 4 × 4 500 = 18 kW (contre 80-100 kW d'un chauffage convection traditionnel).

Disposition : 2 + 2 le long de la nef, hauteur 4 m.

Q5 ANA

Consommation hebdomadaire (1 office du dimanche, 1h30, octobre-avril, 28 semaines).

Conso par office : 18 kW × 1,5 h = 27 kWh.

Saison : 27 × 28 = 756 kWh/an. Coût : 756 × 0,20 €/kWh (tarif paroissial) = 151 €/an.

Vs convection 80 kW × 4 h (préchauffe nécessaire) × 28 = 8 960 kWh = 1 792 €/an. Économie 1 641 €/an.

Sur 10 ans : 16 410 € économisés. Investissement panneaux 4 × 1 050 = 4 200 € → ROI 2,6 ans.

Q6 ANA

Pourquoi le chauffage rayonnant est-il particulièrement adapté aux monuments historiques ?

  • Pas d'augmentation de T air → pas de variation d'hygrométrie → préservation des fresques, sculptures, orgue.
  • Pas de gaines / conduits à intégrer dans la maçonnerie historique.
  • Installation discrète : panneaux fixés sur poutres ou colonnes, peu visibles.
  • Réversibilité : pose et dépose sans dégradation.
  • Démarrage instantané : pas de préchauffe.

C'est devenu la solution standard pour les Bâtiments de France (Notre-Dame de Paris l'utilisera dans certaines chapelles après reconstruction).

Q7 VAL

Sécurité : que se passe-t-il si un fidèle reste 1h30 sous un flux IR de 250 W/m² ?

Référence : le soleil au zénith en été délivre 1 000 W/m² (dont ~ 500 W/m² IR). Un panneau IR à 250 W/m² est 4× moins intense qu'un coup de soleil.

Confort optimal : 200-300 W/m². Sensation : chaleur agréable sur le crâne et les épaules, sans brûlure.

Au-delà de 500 W/m² (terrasses chauffées en hiver) : sensation marquée, peut devenir inconfortable en > 30 min.

Limite légale ICPE : exposition prolongée < 800 W/m² (norme NF EN 419). Aucun risque dans notre cas.

Q8 COM

Devis Maxence.

Devis — Église Saint-Maurice — Maxence (ChalorRayon 74 Annecy)
• 4 panneaux HeliosTec HT 4500 (18 kW total), couverture 67 m² à 250 W/m².
• Installation discrète sur poutres, hauteur 4 m, faisceaux 60°.
• Conso 756 kWh/an = 151 €/an (vs 1 792 €/an convection : économie 1 641 €/an).
• Investissement 4 200 € matériel + 800 € pose = 5 000 € HT.
• ROI 2,6 ans. Préservation patrimoine (pas de variation hygrométrique).

✅ Auto-évaluation

Bonus — Pourquoi sent-on parfois la chaleur d'un feu de cheminée à plusieurs mètres ?

Le feu de bois rayonne intensément (flammes à 800-1 200 °C, braises à 700 °C). Même à 3 m, on reçoit du rayonnement IR.

Comparaison de flux à 3 m d'un feu de cheminée moyen (5 kW puissance) :

  • Direct face au feu : ~ 100-200 W/m² (sensation nette de chaleur).
  • Côté (90°) : ~ 30 W/m² (à peine perceptible).
  • Derrière un mur : 0 (l'IR ne traverse pas la matière opaque).

C'est aussi pourquoi on se tient face au feu et qu'on tourne (« rôtir » côté visage, refroidir l'autre).

À retenir

📚 §1 (rayonnement) + §5 (absorption) de la leçon Ch04.