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Le cycle frigorifique : exercices corrigés de Bac pro ICCER

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

L'essentiel

Un cycle frigorifique abaisse la température d'un milieu froid et élève celle d'un milieu chaud grâce à une dépense d'énergie mécanique ⁵.
Le circuit comprend au minimum un fluide frigorigène, un compresseur, un condenseur, un réducteur de pression et un évaporateur ⁵.
Le circuit se découpe en une zone basse pression (BP) et une zone haute pression (HP) ².
Sur le diagramme enthalpique, la puissance d'un composant se calcule avec le débit-masse multiplié par un écart d'enthalpie.
Le condenseur rejette la puissance de l'évaporateur plus celle du compresseur : $\Phi_k = \Phi_0 + P$ .

Comment utiliser ces exercices

Ces exercices t'entraînent à lire un circuit frigorifique, à repérer ses zones de pression et à faire les calculs de puissance qui reviennent dans une épreuve d'analyse d'installation. Dans une sous-épreuve de ce type, on te demande par exemple de nommer les éléments d'un schéma, de donner leur fonction, puis de tracer le cycle sur un diagramme enthalpique ⁴. Les exercices suivent cet ordre : d'abord les composants, ensuite les zones de pression, enfin les calculs.

Cherche seul avant d'ouvrir les indices. Les indices donnent une direction, la correction détaille chaque action. Compare ta démarche à la correction autant que ton résultat final.

MéthodeMéthode pour les calculs de puissance

Repère les quatre points du cycle sur le diagramme : sortie évaporateur (1), refoulement du compresseur (2), sortie condenseur (3), sortie du réducteur de pression (4).
Relève l'enthalpie massique $h$ de chaque point, en kJ/kg.
Calcule l'écart d'enthalpie du composant étudié : évaporateur $h_1 - h_4$ , compresseur $h_2 - h_1$ , condenseur $h_2 - h_3$ .
Multiplie par le débit-masse $q_m$ en kg/s : un écart en kJ/kg multiplié par des kg/s donne des kW.
Vérifie le bilan : la puissance cédée au condenseur est égale à la somme de la puissance prise à l'évaporateur et de la puissance du compresseur.

Les valeurs d'enthalpie des exercices sont simplifiées pour faciliter le calcul. En situation réelle, tu les lis sur le diagramme du fluide du dossier technique, par exemple celui du R134a pour une chambre froide ³.

Les exercices

Exercice 1 Nommer les éléments d'un circuit

★☆☆Environ 5 min

Voici quatre descriptions d'éléments d'un circuit frigorifique simple, données dans le désordre. Associe chaque description à son composant (compresseur, condenseur, réducteur de pression, évaporateur) :

A : le fluide s'y condense et cède de la chaleur au milieu que l'on veut chauffer.
B : il fournit de l'énergie mécanique au fluide pour qu'il puisse évoluer.
C : il abaisse le point d'ébullition du fluide.
D : le fluide y prend de la chaleur au milieu à refroidir, puis retourne vers le compresseur.

Indice 1

Pense au rôle de chaque élément avant de penser à sa position.

Indice 2

Un seul de ces éléments consomme de l'énergie mécanique.

Voir la correction pas à pas

La description A parle d'une condensation et d'une chaleur cédée : c'est le condenseur ⁵.
La description B parle d'énergie mécanique apportée au fluide : c'est le compresseur ⁵.
La description C parle d'un abaissement du point d'ébullition : c'est le réducteur de pression, souvent appelé à tort détendeur ⁵.
La description D est la seule qui reste : c'est l'évaporateur. Le fluide y prend la chaleur du milieu à refroidir, puis revient au compresseur et le cycle recommence ⁵.

Associations : A = condenseur, B = compresseur, C = réducteur de pression, D = évaporateur. Dans une épreuve, on attend le nom et la fonction de chaque élément numéroté sur le schéma ⁴.

Exercice 2 Repérer les zones BP et HP

★☆☆Environ 5 min

On parcourt le circuit dans le sens du fluide : évaporateur, compresseur, condenseur, réducteur de pression, puis retour à l'évaporateur.

Entre quels composants se trouve la zone haute pression (HP) ?
Entre quels composants se trouve la zone basse pression (BP) ?
Quels composants marquent la frontière entre les deux zones ?

Indice 1

Le compresseur augmente la pression du fluide, le réducteur de pression la diminue.

Indice 2

Trace le circuit en boucle et colorie en rouge la zone HP, en bleu la zone BP.

Voir la correction pas à pas

Le circuit comporte une basse et une haute pression, notées BP et HP ². Il faut donc situer les deux éléments qui séparent ces zones.
Le compresseur fournit l'énergie qui fait monter la pression du fluide ⁵. Après lui, on est en haute pression.
La zone HP s'étend donc du refoulement du compresseur jusqu'à l'entrée du réducteur de pression, en traversant le condenseur.
Le réducteur de pression fait baisser la pression. Après lui, on est en basse pression : la zone BP va de sa sortie jusqu'à l'aspiration du compresseur, en traversant l'évaporateur.

HP : du compresseur (refoulement) au réducteur de pression, condenseur compris. BP : du réducteur de pression à l'aspiration du compresseur, évaporateur compris. Les frontières sont le compresseur et le réducteur de pression.

Exercice 3 Puissance frigorifique de l'évaporateur

★☆☆Environ 8 min

Une chambre froide est alimentée par un circuit dont les enthalpies simplifiées sont :

Point	Position	$h$ (kJ/kg)
1	sortie évaporateur	400
2	refoulement compresseur	440
3	sortie condenseur	250
4	sortie réducteur de pression	250

Le débit-masse de fluide est $q_m = 0{,}05$ kg/s. Calcule la puissance frigorifique $\Phi_0$ de l'évaporateur, en kW.

Indice 1

La puissance se calcule avec le débit-masse et l'écart d'enthalpie entre la sortie et l'entrée de l'évaporateur.

Indice 2

L'entrée de l'évaporateur est le point 4.

Voir la correction pas à pas

L'évaporateur reçoit le fluide au point 4 et le rend au point 1.
Écart d'enthalpie : $h_1 - h_4 = 400 - 250 = 150$ kJ/kg. C'est la chaleur prise par chaque kilogramme de fluide.
Puissance : $\Phi_0 = q_m \times (h_1 - h_4) = 0{,}05 \times 150$ .
Unités : kg/s multiplié par kJ/kg donne des kJ/s, soit des kW. On obtient $7{,}5$ kW.

La puissance frigorifique est $\Phi_0 = 7{,}5$ kW. C'est la chaleur que le fluide enlève à la chambre froide chaque seconde ².

Exercice 4 Puissance absorbée par le compresseur

★★☆Environ 8 min

Avec les mêmes données que l'exercice précédent ( $h_1 = 400$ kJ/kg, $h_2 = 440$ kJ/kg, $q_m = 0{,}05$ kg/s), calcule la puissance $P$ fournie au fluide par le compresseur, en kW. On suppose que toute l'énergie mécanique est transmise au fluide.

Indice 1

Le compresseur fait passer le fluide du point 1 au point 2.

Indice 2

Cette fois, l'écart est $h_2 - h_1$ et non l'inverse.

Voir la correction pas à pas

Le compresseur aspire le fluide au point 1 et le refoule au point 2. Son rôle est de lui fournir de l'énergie mécanique ⁵.
Écart d'enthalpie : $h_2 - h_1 = 440 - 400 = 40$ kJ/kg.
Puissance : $P = q_m \times (h_2 - h_1) = 0{,}05 \times 40$ .
Résultat : $P = 2$ kW.

Le compresseur fournit $P = 2$ kW au fluide. Compare avec les $7{,}5$ kW de l'évaporateur : la puissance mécanique est plus faible que la chaleur déplacée, ce qui fait tout l'intérêt du cycle.

Exercice 5 Puissance cédée au condenseur

★★☆Environ 10 min

Avec les données du tableau ( $h_2 = 440$ kJ/kg, $h_3 = 250$ kJ/kg, $q_m = 0{,}05$ kg/s) :

Calcule la puissance $\Phi_k$ cédée par le fluide au condenseur, en kW.
Vérifie le bilan $\Phi_k = \Phi_0 + P$ avec les résultats précédents.

Indice 1

Dans le condenseur, l'enthalpie diminue : l'écart s'écrit $h_2 - h_3$ .

Indice 2

Additionne la puissance de l'évaporateur et celle du compresseur pour le bilan.

Voir la correction pas à pas

Le fluide entre au condenseur au point 2 (vapeur chaude) et en sort au point 3 (liquide). Il s'y condense et libère de la chaleur ².
Écart d'enthalpie : $h_2 - h_3 = 440 - 250 = 190$ kJ/kg.
Puissance : $\Phi_k = 0{,}05 \times 190 = 9{,}5$ kW.
Bilan : $\Phi_0 + P = 7{,}5 + 2 = 9{,}5$ kW. Les deux valeurs sont égales, le calcul est cohérent.

Le condenseur cède $\Phi_k = 9{,}5$ kW. Il rejette à la fois la chaleur prise à l'évaporateur et l'énergie apportée par le compresseur, ce qui se vérifie par le bilan.

Exercice 6 Coefficient de performance

★★☆Environ 10 min

Le coefficient de performance en mode froid se définit par le rapport entre la puissance frigorifique utile $\Phi_0$ et la puissance du compresseur $P$ : $\text{COP} = \Phi_0 / P$ .

Avec les enthalpies du tableau ( $h_1 = 400$ , $h_2 = 440$ , $h_4 = 250$ kJ/kg), calcule le COP. Tu peux simplifier le débit-masse. Le résultat est sans unité.

Indice 1

Le débit-masse apparaît au numérateur et au dénominateur : il disparaît.

Indice 2

Réutilise les écarts d'enthalpie déjà calculés.

Voir la correction pas à pas

On écrit $\text{COP} = \dfrac{q_m (h_1 - h_4)}{q_m (h_2 - h_1)}$ .
Le débit-masse se simplifie : $\text{COP} = \dfrac{h_1 - h_4}{h_2 - h_1}$ .
On remplace : $\text{COP} = \dfrac{150}{40}$ .
Résultat : $\text{COP} = 3{,}75$ . Contrôle avec les puissances : $7{,}5 / 2 = 3{,}75$ .

Le COP vaut $3{,}75$ : pour 1 kW de puissance fournie par le compresseur, le cycle déplace $3{,}75$ kW de chaleur. Ce rapport dépasse 1 parce que le cycle déplace de la chaleur au lieu de la produire, ce qui explique son usage dans les réfrigérateurs et les pompes à chaleur ⁵.

Exercice 7 Dimensionner le débit de fluide

★★★Environ 12 min

Tu étudies le dimensionnement d'un compresseur pour une chambre froide, comme dans une activité de sélection de compresseur ³. La chambre exige une puissance frigorifique $\Phi_0 = 6$ kW. Les enthalpies restent celles du tableau ( $h_1 = 400$ , $h_2 = 440$ , $h_4 = 250$ kJ/kg).

Calcule le débit-masse $q_m$ nécessaire, en kg/s.
Déduis la puissance $P$ que doit fournir le compresseur, en kW.

Indice 1

Isole $q_m$ dans la relation $\Phi_0 = q_m (h_1 - h_4)$ .

Indice 2

Une fois $q_m$ connu, utilise l'écart $h_2 - h_1$ .

Voir la correction pas à pas

On part de $\Phi_0 = q_m (h_1 - h_4)$ , donc $q_m = \dfrac{\Phi_0}{h_1 - h_4}$ .
Application numérique : $q_m = \dfrac{6}{150} = 0{,}04$ kg/s.
Puissance du compresseur : $P = q_m (h_2 - h_1) = 0{,}04 \times 40 = 1{,}6$ kW.
Contrôle par le COP : $6 / 1{,}6 = 3{,}75$ , identique à l'exercice précédent, ce qui valide le résultat.

Le débit nécessaire est $q_m = 0{,}04$ kg/s et le compresseur doit fournir $P = 1{,}6$ kW. Dans un dossier réel, on contrôle de la même façon le dimensionnement du compresseur et le cycle frigorifique ⁴.

Les questions qu'on se pose

Pourquoi dit-on souvent « détendeur » alors que le terme exact est « réducteur de pression » ?

Dans le langage courant du métier, on parle de détendeur, mais ce terme est jugé impropre : l'élément abaisse la pression du fluide, ce qui diminue son point d'ébullition ⁵. À l'examen, utilise le terme du dossier technique et précise sa fonction.

Comment savoir quels composants sont en haute pression et lesquels sont en basse pression ?

Le circuit est partagé en une zone BP et une zone HP ². Repère les deux éléments frontières : le compresseur fait monter la pression, le réducteur de pression la fait baisser. Entre la sortie du compresseur et l'entrée du réducteur de pression, tu es en HP, condenseur compris. Le reste du circuit, évaporateur compris, est en BP.

Que dois-je savoir faire sur le diagramme enthalpique à l'examen ?

Les sujets d'analyse d'installation demandent de tracer le cycle sur le diagramme enthalpique, puis de contrôler le dimensionnement du compresseur et le cycle ⁴. Entraîne-toi à placer les quatre points, à lire leurs enthalpies et à en déduire les écarts, comme dans les exercices ci-dessus.

Sources

Programme visé : Baccalauréat professionnel Installateur en chauffage, climatisation et énergies renouvelables (ICCER) · Éduscol (Ministère de l'Éducation)

Baccalauréat professionnel Installateur en chauffage, climatisation et énergies renouvelables (ICCER), Éduscol (Ministère de l'Éducation). Consulté le 9 novembre 2026.
Les 4 éléments principaux d'un circuit frigorifique, Éduscol. Consulté le 9 novembre 2026.
Technologie compresseur - Série 3, Activité 1, Éduscol. Consulté le 9 novembre 2026.
Baccalauréat Professionnel Technicien du Froid - Épreuve U11 (Sujet et réponses 2023), Éduscol. Consulté le 9 novembre 2026.
Cycle frigorifique, Wikipédia. Consulté le 9 novembre 2026.
Fluide frigorigène, Wikipédia. Consulté le 9 novembre 2026.

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L'essentiel

Comment utiliser ces exercices

Les exercices

Exercice 1 Nommer les éléments d'un circuit

Exercice 2 Repérer les zones BP et HP

Exercice 3 Puissance frigorifique de l'évaporateur

Exercice 4 Puissance absorbée par le compresseur

Exercice 5 Puissance cédée au condenseur

Exercice 6 Coefficient de performance

Exercice 7 Dimensionner le débit de fluide

Les questions qu'on se pose

Sources

Primaire

Collège

Lycée

Supérieur