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Bac pro Installateur en chauffage, climatisation et énergies renouvelables (ICCER) · Bac proBac pro

Le solaire thermique : exercices corrigés de Bac pro ICCER

Publié le 9 novembre 2026 · Mis à jour le 9 novembre 2026 · Signaler une erreur

L'essentiel

  • Un capteur solaire thermique transforme le rayonnement en chaleur et la transmet à un fluide caloporteur 3.
  • Puissance reçue = irradiance × surface ; l'irradiance dépasse rarement 1 100 W/m² sans concentration 3.
  • Énergie reçue par l'eau : Q=m×c×ΔTQ = m \times c \times \Delta T ; rendement = puissance utile ÷ puissance reçue.
  • Taux de couverture = énergie solaire utile ÷ besoins ; productivité = énergie extraite par m² de capteur et par an 3.
  • Dimensionner une installation revient à partir des besoins, de l'objectif de couverture et de la productivité.

Comment utiliser ces exercices

Ces exercices te font manipuler les grandeurs d'une installation solaire thermique, comme tu le feras en atelier ou en bureau d'études en ICCER. Ils vont du plus simple (une multiplication de puissance) au plus complet (dimensionner une surface de capteurs). Cherche d'abord seul, avec ta calculatrice, puis ouvre les indices un par un, et enfin la correction. Une bonne correction se lit comme une suite d'actions : tu dois pouvoir expliquer chaque ligne.

Les exercices

Exercice 1 Puissance maximale reçue par un capteur

★☆☆Environ 5 min

Sans système de concentration, l'irradiance au sol dépasse rarement 1 100 W/m² 3. Un chauffe-eau solaire individuel minimal est équipé d'un capteur de 2 m² 2. On prend l'irradiance de 1 100 W/m².

Calcule la puissance solaire reçue par ce capteur, en watts.

Indice 1

La puissance reçue est le produit de l'irradiance par la surface.

Indice 2

Vérifie les unités : W/m² × m² donne des W.

Voir la correction pas à pas

  1. Données : E=1 100E = 1\,100 W/m² et S=2S = 2 m².

  2. Formule : P=E×SP = E \times S.

  3. Calcul : P=1 100×2=2 200P = 1\,100 \times 2 = 2\,200 W.

  4. Résultat : le capteur reçoit environ 2 200 W, soit 2,2 kW, une valeur rarement dépassée sans concentration.

Cette valeur est la puissance reçue, pas la puissance récupérée par le fluide : une partie est perdue, ce que les exercices suivants vont chiffrer.

Exercice 2 Énergie reçue pendant une heure

★☆☆Environ 8 min

Un champ de capteurs de 44 m² reçoit une irradiance constante de 800800 W/m² pendant 11 heure. Le fluide caloporteur récupère la moitié de l'énergie reçue (rendement de 50 %50\ \%).

Calcule l'énergie utile récupérée en une heure, en kWh.

Indice 1

Commence par la puissance reçue, puis applique le rendement.

Indice 2

Une puissance en kW multipliée par une durée en h donne des kWh.

Voir la correction pas à pas

  1. Puissance reçue : 4×800=3 2004 \times 800 = 3\,200 W.

  2. Puissance utile : 3 200×0,5=1 6003\,200 \times 0{,}5 = 1\,600 W, soit 1,61{,}6 kW.

  3. Énergie sur 1 h : 1,6×1=1,61{,}6 \times 1 = 1{,}6 kWh.

  4. Résultat : l'énergie utile est de 1,6 kWh.

Le rendement joue ici le rôle d'un filtre : tout ce qui n'est pas récupéré est perdu par réflexion, rayonnement, convection ou conduction.

Exercice 3 Les éléments d'un capteur plan

★☆☆Environ 8 min

Un capteur plan est composé d'un absorbeur, d'une couverture transparente et d'isolants sur la face arrière et les côtés 3.

Associe chaque élément à son rôle parmi : (a) transmettre le rayonnement en limitant les pertes par infrarouge et convection ; (b) limiter les pertes par conduction ; (c) absorber le rayonnement et transmettre la chaleur au fluide.

Indice 1

Pense à la couleur de l'absorbeur.

Indice 2

La couverture doit laisser entrer le soleil mais freiner la fuite de chaleur.

Voir la correction pas à pas

  1. Absorbeur : surface noire qui absorbe l'énergie solaire et la cède au fluide caloporteur, donc rôle (c) 3.

  2. Couverture : elle laisse passer le maximum de rayonnement incident et limite les pertes par radiation infrarouge (effet de serre) et par convection, donc rôle (a) 3.

  3. Isolation arrière et latérale : elle réduit les pertes par conduction, donc rôle (b) 3.

  4. Bilan : absorbeur → (c) ; couverture → (a) ; isolation → (b).

Retiens la logique : on fait entrer un maximum d'énergie, on la transforme en chaleur, puis on empêche cette chaleur de repartir.

Exercice 4 Chauffer un ballon d'eau chaude

★★☆Environ 12 min

Un ballon de 150150 litres, volume des chauffe-eau solaires individuels minimaux 2, contient de l'eau à 12 °C12\ °C. On veut l'amener à 50 °C50\ °C. On prend c=4,18c = 4{,}18 kJ/(kg·K) et 11 L d'eau =1= 1 kg.

Calcule l'énergie à fournir, en kWh.

Indice 1

Convertis d'abord le volume en masse.

Indice 2

Calcule la chaleur en kJ, puis divise par 3 600 pour obtenir des kWh.

Voir la correction pas à pas

  1. Masse d'eau : m=150m = 150 kg.

  2. Écart de température : ΔT=50−12=38\Delta T = 50 - 12 = 38 K.

  3. Chaleur : Q=150×4,18×38=23 826Q = 150 \times 4{,}18 \times 38 = 23\,826 kJ.

  4. Conversion : 23 826÷3 600≈6,6223\,826 \div 3\,600 \approx 6{,}62 kWh.

  5. Résultat : il faut environ 6,62 kWh.

Ce chiffre ne contient pas les pertes du ballon ni du circuit : l'installation réelle devra apporter davantage.

Exercice 5 Énergie solaire et taux de couverture

★★☆Environ 8 min

Pour l'eau chaude sanitaire à 50 °C50\ °C, on peut viser une couverture de 60 %60\ \% des besoins 3. Un logement consomme 3 0003\,000 kWh par an pour son eau chaude.

Quelle énergie le solaire doit-il fournir chaque année, en kWh ?

Indice 1

Un pourcentage se multiplie : 60 %=0,660\ \% = 0{,}6.

Indice 2

Le taux de couverture s'applique aux besoins annuels.

Voir la correction pas à pas

  1. Besoins annuels : 3 0003\,000 kWh.

  2. Taux visé : 60 %=0,660\ \% = 0{,}6.

  3. Calcul : 3 000×0,6=1 8003\,000 \times 0{,}6 = 1\,800 kWh.

  4. Résultat : le solaire fournit 1 8001\,800 kWh, l'appoint couvre les 1 2001\,200 kWh restants.

Le complément vient d'un appoint (électrique, gaz ou autre) : une installation solaire thermique couvre une part des besoins, rarement la totalité.

Exercice 6 Productivité d'un petit chauffe-eau solaire

★★☆Environ 10 min

La productivité est l'énergie totale effectivement extraite par m² de surface d'entrée du capteur en un an 3. Un capteur de 22 m² a une productivité de 400400 kWh/m² par an (donnée de l'énoncé). Les besoins annuels en eau chaude sont de 1 6001\,600 kWh.

Quel taux de couverture, en pourcentage, cette installation assure-t-elle ?

Indice 1

Calcule d'abord l'énergie produite en un an par tout le capteur.

Indice 2

Divise ensuite par les besoins et multiplie par 100.

Voir la correction pas à pas

  1. Énergie produite : 2×400=8002 \times 400 = 800 kWh par an.

  2. Rapport aux besoins : 800÷1 600=0,5800 \div 1\,600 = 0{,}5.

  3. Pourcentage : 0,5×100=50 %0{,}5 \times 100 = 50\ \%.

  4. Résultat : le taux de couverture est de 50 %.

Pour atteindre 60 %, il faudrait produire davantage : c'est le sujet de l'exercice de dimensionnement.

Exercice 7 Rendement d'un capteur

★★★Environ 10 min

Un capteur de 33 m² reçoit 1 0001\,000 W/m². Le fluide caloporteur récupère 1 8601\,860 W. Le reste est perdu par conduction, radiation infrarouge et convection 3.

Calcule le rendement du capteur en pourcentage, puis la puissance perdue en watts.

Indice 1

Le rendement compare la puissance utile à la puissance reçue.

Indice 2

La puissance perdue est la différence entre reçu et utile.

Voir la correction pas à pas

  1. Puissance reçue : 3×1 000=3 0003 \times 1\,000 = 3\,000 W.

  2. Rendement : η=1 860÷3 000=0,62\eta = 1\,860 \div 3\,000 = 0{,}62, soit 62 %62\ \%.

  3. Puissance perdue : 3 000−1 860=1 1403\,000 - 1\,860 = 1\,140 W.

  4. Résultat : rendement de 62 % et 1 140 W de pertes.

Une couverture bien conçue et une bonne isolation font monter le rendement, car elles réduisent précisément ces pertes.

Exercice 8 Puissance transportée par le fluide

★★★Environ 12 min

Dans un circuit à circulation forcée, le fluide caloporteur est un mélange eau-glycol, antigel utilisé dans ce type de système 3. Son débit est de 0,020{,}02 kg/s et sa chaleur massique de 3,63{,}6 kJ/(kg·K) (donnée). Il entre dans le capteur à 30 °C30\ °C et en sort à 45 °C45\ °C.

Calcule la puissance transmise au fluide, en watts.

Indice 1

La puissance est P=m˙×c×ΔTP = \dot m \times c \times \Delta T.

Indice 2

Convertis les kJ en J : 3,63{,}6 kJ =3 600= 3\,600 J.

Voir la correction pas à pas

  1. Écart de température : 45−30=1545 - 30 = 15 K.

  2. Chaleur massique en J : 3 6003\,600 J/(kg·K).

  3. Calcul : P=0,02×3 600×15=1 080P = 0{,}02 \times 3\,600 \times 15 = 1\,080 W.

  4. Résultat : le fluide emporte 1 080 W.

À puissance donnée, un débit plus faible donne un fluide plus chaud en sortie : c'est ce qui permet de régler la circulation.

Exercice 9 Dimensionner la surface de capteurs

★★★Environ 15 min

Une famille a besoin de 2 4002\,400 kWh par an pour son eau chaude. On vise une couverture de 60 %60\ \% 3. Le fabricant donne une productivité de 360360 kWh/m² par an (donnée).

Quelle surface de capteurs faut-il installer, en m² ?

Indice 1

Calcule d'abord l'énergie solaire à produire.

Indice 2

La surface est l'énergie à produire divisée par la productivité.

Voir la correction pas à pas

  1. Énergie solaire visée : 2 400×0,6=1 4402\,400 \times 0{,}6 = 1\,440 kWh par an.

  2. Productivité : 360360 kWh par m² et par an.

  3. Surface : 1 440÷360=41\,440 \div 360 = 4 m².

  4. Résultat : il faut 4 m² de capteurs.

Comparée au capteur minimal de 2 m² 2, cette famille a besoin de deux fois plus de surface : le dimensionnement dépend toujours des besoins.

Les questions qu'on se pose

Pourquoi convertir les litres en kilogrammes pour calculer la chaleur ?

La formule Q=m×c×ΔTQ = m \times c \times \Delta T utilise une masse. Pour l'eau, 1 litre pèse environ 1 kilogramme, donc 150 L correspondent à 150 kg. Pour un mélange eau-glycol, la masse volumique est un peu différente, et l'énoncé doit alors la donner.

Quelle différence entre rendement et taux de couverture ?

Le rendement mesure ce que le capteur récupère par rapport à ce qu'il reçoit : c'est une qualité de matériel. Le taux de couverture mesure la part des besoins de l'habitation assurée par le solaire : c'est une qualité d'installation. Un très bon capteur trop petit donne donc un faible taux de couverture.

Que faire si mon résultat paraît trop grand ou trop petit ?

Contrôle d'abord les unités (W ou kW, kJ ou kWh), puis l'ordre de grandeur. Sans concentration, l'irradiance dépasse rarement 1 100 W/m², ce qui borne la puissance reçue par m² 3. Un rendement supérieur à 100 % est forcément faux.

Sources

  1. Bac pro Installateur en chauffage, climatisation et énergies renouvelables, ONISEP. Consulté le 9 novembre 2026.
  2. Énergie solaire thermique, Wikipédia. Consulté le 9 novembre 2026.
  3. Capteur solaire thermique, Wikipédia. Consulté le 9 novembre 2026.

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