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Physique-chimie (spécialité) · TerminaleBac

Les transferts thermiques : cours de Terminale spécialité

Publié le 6 novembre 2026 · Mis à jour le 6 novembre 2026 · Signaler une erreur

L'essentiel

  • Un transfert thermique (la chaleur, notée QQ) est un mode d'échange d'énergie entre deux systèmes, l'autre mode étant le travail WW.
  • La température décrit l'état d'un système ; la chaleur décrit un échange. Spontanément, l'énergie passe du plus chaud vers le plus froid.
  • Trois modes : conduction (contact, sans déplacement de matière), convection (fluide en mouvement), rayonnement (ondes électromagnétiques).
  • Le flux thermique Φ\Phi est une puissance en watts ; avec la résistance thermique : Φ=ΔTRth\Phi = \dfrac{\Delta T}{R_{th}}.
  • Pour un système incompressible, ΔU=C ΔT\Delta U = C\,\Delta T ; le premier principe donne ΔU=W+Q\Delta U = W + Q.

Pourquoi étudier les transferts thermiques

Une tasse de thé qui refroidit, une maison qui perd de la chaleur en hiver, un corps humain qui maintient sa température dans une pièce fraîche : toutes ces situations mettent en jeu des échanges d'énergie qu'on appelle des transferts thermiques. Dans le programme de Terminale, ils appartiennent au thème « L'énergie : conversions et transferts », et l'objectif est de savoir dresser des bilans d'énergie pour un système clairement défini, d'identifier les transferts et de prévoir leur sens 1.

Tu connais déjà le modèle du gaz parfait, l'énergie interne et le premier principe de la thermodynamique. Ce cours s'appuie sur eux : il te donne les outils pour décrire comment l'énergie thermique passe d'un système à un autre, dans quel sens, et à quelle vitesse. Ensuite, tu pourras aborder la loi de Newton et le bilan thermique du système Terre-atmosphère.

Carte des transferts thermiquesCarte mentale centrée sur les transferts thermiques, avec quatre branches : notion, modes, grandeurs et bilan.Chaleur Q en JMode d'échangeAutre : travailNotionConductionConvectionRayonnementModesFlux Φ en WRésistance RthCapacité CGrandeursPremier principeΔU = W + QChaud vers froidBilanTransferts thermiques

Transferts thermiques

  • Notion
    • Chaleur Q en J
    • Mode d'échange
    • Autre : travail
  • Modes
    • Conduction
    • Convection
    • Rayonnement
  • Grandeurs
    • Flux Φ en W
    • Résistance Rth
    • Capacité C
  • Bilan
    • Premier principe
    • ΔU = W + Q
    • Chaud vers froid
Carte des transferts thermiques

Définir le transfert thermique

Le point clé est la distinction entre ce que possède un système et ce qu'il échange. Un système possède une énergie interne UU : c'est une propriété de son état. Il ne « possède » pas de chaleur : la chaleur n'existe que pendant un échange. La température est une grandeur qui caractérise l'état d'équilibre d'un système, tandis que la chaleur accompagne son évolution d'un état à un autre 6.

Chaleur et température : deux grandeurs à ne pas confondre

La température est une grandeur macroscopique : elle traduit, en moyenne, l'énergie cinétique des particules à l'échelle microscopique 6. Quand les particules d'un système sont en moyenne plus agitées, sa température est plus élevée 6. Lors des chocs, les particules les plus agitées cèdent de l'énergie à leurs voisines moins agitées ; l'ensemble de ces cessions correspond à la chaleur échangée 6. Cette image microscopique aide à comprendre, même si elle n'est pas exigible 2.

Température TT Transfert thermique QQ
Nature État du système Échange d'énergie entre systèmes
Unité kelvin (K) ou degré Celsius (°C) joule (J)
Se mesure avec un thermomètre indirectement, par un bilan d'énergie
Existe à tout instant, pour un système en équilibre seulement pendant l'échange

Le sens du transfert thermique et le premier principe

Les trois modes de transfert thermique

Le programme demande de caractériser qualitativement trois modes de transfert thermique : la conduction, la convection et le rayonnement 1. Ils peuvent coexister dans une même situation 6. Les activités proposées par Éduscol illustrent ces trois modes par des expériences, et montrent comment le corps humain perd de l'énergie par chacun d'eux 2.

Les trois modes de transfert thermique
ModeSupportDéplacement de matièreExemple
ConductionContact entre corps ou solideNonCuillère dans la soupe
ConvectionFluide en mouvementOuiAir autour de la peau
RayonnementAucun support nécessaireNonChaleur ressentie devant un feu
Les trois modes de transfert thermique

Flux thermique et résistance thermique

Capacité thermique et variation d'énergie interne

Pour un système incompressible, le programme te demande de calculer l'évolution de son énergie interne à partir de sa capacité thermique 14. Un système est dit incompressible quand son volume varie très peu : on peut alors négliger le travail des forces de pression, et il ne reste que l'échange thermique.

Méthode : mener un bilan thermique

Mener un bilan thermiqueCinq étapes successives pour réaliser un bilan thermique, du choix du système à l'application du premier principe.1Définir le systèmeNomme-le et repère l'extérieur.2Prévoir le sensDu plus chaud vers le plus froid.3Identifier les modesConduction, convection, rayonnement.4Choisir la formuleΦ, ΔT/Rth ou C·ΔT selon l'énoncé.5Appliquer le principeΔU = W + Q, avec les signes.
  1. Définir le systèmeNomme-le et repère l'extérieur.
  2. Prévoir le sensDu plus chaud vers le plus froid.
  3. Identifier les modesConduction, convection, rayonnement.
  4. Choisir la formuleΦ, ΔT/Rth ou C·ΔT selon l'énoncé.
  5. Appliquer le principeΔU = W + Q, avec les signes.
Mener un bilan thermique

Exercices corrigés

Exercice 1 Chauffer de l'eau pour un bain

★☆☆Environ 8 min

On chauffe 2,0 kg2{,}0\ kg d'eau, de 20 °C20\ °C à 80 °C80\ °C, dans un récipient bien fermé. On suppose l'eau incompressible, sans travail échangé, et on prend ceau=4180 J⋅kg−1⋅K−1c_{eau} = 4180\ J \cdot kg^{-1} \cdot K^{-1}.

Calcule le transfert thermique QQ reçu par l'eau, en joules.

Indice 1

Pour un système incompressible sans travail, ΔU=Q\Delta U = Q.

Indice 2

Utilise Q=m c (Tf−Ti)Q = m\,c\,(T_f - T_i).

Voir la correction pas à pas

  1. Le système est l'eau. Elle est incompressible et ne reçoit aucun travail : W=0W = 0.

  2. Le premier principe donne ΔU=W+Q=Q\Delta U = W + Q = Q.

  3. Pour un système incompressible, ΔU=m c ΔT\Delta U = m\,c\,\Delta T, donc Q=m c ΔTQ = m\,c\,\Delta T.

  4. On calcule ΔT=80−20=60 K\Delta T = 80 - 20 = 60\ K.

  5. Q=2,0×4180×60=501 600 JQ = 2{,}0 \times 4180 \times 60 = 501\,600\ J, soit environ 5,0×105 J5{,}0 \times 10^{5}\ J.

L'eau reçoit environ 5,0×105 J5{,}0 \times 10^{5}\ J. Le signe positif traduit une énergie reçue par le système.

Exercice 2 Les pertes à travers un mur

★★☆Environ 10 min

Un mur a une résistance thermique Rth=0,25 K⋅W−1R_{th} = 0{,}25\ K \cdot W^{-1}. L'intérieur est à 19 °C19\ °C et l'extérieur à −1 °C-1\ °C.

  1. Dans quel sens va le transfert thermique ?
  2. Calcule le flux thermique Φ\Phi à travers le mur, en watts.
Indice 1

Pour le flux, la différence de température T1−T2T_1 - T_2 est positive si on la prend dans le bon ordre.

Indice 2

Utilise Φ=T1−T2Rth\Phi = \dfrac{T_1 - T_2}{R_{th}}.

Voir la correction pas à pas

  1. Le transfert spontané va du plus chaud au plus froid : de l'intérieur (19 °C19\ °C) vers l'extérieur (−1 °C-1\ °C).

  2. On calcule l'écart de température : ΔT=19−(−1)=20 K\Delta T = 19 - (-1) = 20\ K.

  3. On applique Φ=ΔTRth\Phi = \dfrac{\Delta T}{R_{th}}.

  4. Φ=200,25=80 W\Phi = \dfrac{20}{0{,}25} = 80\ W.

Le mur laisse partir un flux de 80 W80\ W vers l'extérieur. En doublant la résistance thermique par une isolation, le flux serait divisé par deux.

Exercice 3 Énergie perdue en une nuit

★★★Environ 12 min

Le mur de l'exercice précédent est traversé par un flux constant de 80 W80\ W pendant une nuit de 8,08{,}0 heures.

  1. Convertis la durée en secondes.
  2. Calcule l'énergie perdue par transfert thermique, en joules.
  3. Le chauffage électrique de la pièce fournit-il une énergie suffisante s'il délivre 1,0 kW1{,}0\ kW pendant 5,05{,}0 minutes ? Justifie par un calcul.
Indice 1

1 h=3600 s1\ h = 3600\ s.

Indice 2

Pour comparer, calcule aussi l'énergie fournie par le chauffage avec Q=Φ ΔtQ = \Phi\,\Delta t.

Voir la correction pas à pas

  1. Durée : Δt=8,0×3600=28 800 s\Delta t = 8{,}0 \times 3600 = 28\,800\ s.

  2. Énergie perdue : Q=Φ Δt=80×28 800=2 304 000 JQ = \Phi\,\Delta t = 80 \times 28\,800 = 2\,304\,000\ J, soit environ 2,3×106 J2{,}3 \times 10^{6}\ J.

  3. Énergie fournie par le chauffage : 1000×(5,0×60)=300 000 J1000 \times (5{,}0 \times 60) = 300\,000\ J.

  4. On compare : 3,0×105 J3{,}0 \times 10^{5}\ J est bien inférieur à 2,3×106 J2{,}3 \times 10^{6}\ J. Le chauffage ne compense donc pas ces pertes sur la nuit entière avec un fonctionnement aussi bref.

Les pertes nocturnes valent environ 2,3×106 J2{,}3 \times 10^{6}\ J. Le raisonnement en énergie, avec Q=Φ ΔtQ = \Phi\,\Delta t, permet de comparer ce qui part et ce qu'on apporte.

Quiz

7 questions · correction immédiate · ton score reste sur ton appareil.

  1. Quelle est la bonne définition d'un transfert thermique ?

  2. Dans quel sens se fait spontanément un transfert thermique entre deux corps de températures différentes ?

  3. Quels sont les modes de transfert thermique au programme ?

    Plusieurs réponses possibles.

  4. Une cuillère métallique chauffe jusqu'à son extrémité quand on la plonge dans une soupe chaude. De quel mode s'agit-il principalement ?

  5. Pendant l'ébullition d'un corps pur, il reçoit de l'énergie par transfert thermique et sa température ne change pas.

  6. Un flux thermique constant de 50 W50\ W traverse une paroi pendant 1010 minutes. Quelle énergie est transférée, en joules ?

  7. Quelle masse d'eau est chauffée si Q=20 900 JQ = 20\,900\ J élève sa température de 10 K10\ K (c=4180 J⋅kg−1⋅K−1c = 4180\ J \cdot kg^{-1} \cdot K^{-1}) ? Réponds en kilogrammes.

Les questions qu'on se pose

Quelle est la différence entre chaleur et température ?

La température caractérise l'état d'équilibre d'un système, tandis que la chaleur désigne un échange d'énergie lié au passage du système d'un état à un autre 6. La température se mesure avec un thermomètre et s'exprime en kelvins ou en degrés Celsius ; la chaleur s'exprime en joules. Un système a une température à chaque instant, mais il n'a pas de chaleur : il en échange.

Pourquoi la température ne change pas pendant un changement d'état alors qu'on chauffe ?

Quand un corps pur bout, sa température reste fixe même s'il est en échange thermique avec l'extérieur 6. L'énergie reçue modifie l'état du corps (elle sert à passer de liquide à gaz) au lieu d'augmenter sa température. C'est pourquoi la formule Q=m c ΔTQ = m\,c\,\Delta T ne s'applique pas pendant le changement d'état.

Comment savoir quel mode de transfert utiliser dans un exercice ?

Pose-toi trois questions. Y a-t-il contact entre deux solides, ou un fluide immobile ? C'est de la conduction, sans déplacement de matière 6. Un fluide en mouvement transporte-t-il l'énergie ? C'est de la convection. Y a-t-il transfert à distance sans support matériel ? C'est du rayonnement, lié à l'émission d'une onde électromagnétique 6. Plusieurs modes peuvent coexister 6 ; dans ce cas, cite-les tous.

Est-ce que je dois connaître l'explication microscopique de la chaleur au bac ?

Non : l'interprétation microscopique des transferts thermiques n'est pas exigible 2. Elle peut t'aider à comprendre (l'agitation des particules), mais le bac porte sur les bilans d'énergie, la capacité thermique, le flux et la résistance thermique 4.

À quoi servent la résistance thermique et le flux thermique dans la vie réelle ?

Ils servent à évaluer les pertes d'un bâtiment et à décider comment les réduire. Les ressources Éduscol STI proposent justement d'identifier puis d'évaluer les pertes thermiques dans un contexte d'amélioration de l'habitat 3. Une paroi plus résistante laisse passer un flux plus faible pour le même écart de température : c'est le principe de l'isolation.

Sources

  1. Programme de physique-chimie de terminale générale (PDF officiel), Ministère de l'Éducation nationale. Consulté le 6 novembre 2026.
  2. Ressources pédagogiques Éduscol - Physique-chimie pour la santé : transferts thermiques, Éduscol. Consulté le 6 novembre 2026.
  3. Transferts et déperditions thermiques - Éduscol STI, Éduscol STI. Consulté le 6 novembre 2026.
  4. Programme d'examen des épreuves terminales (session 2023+), Bulletin Officiel - Ministère de l'Éducation nationale. Consulté le 6 novembre 2026.
  5. Énergie et température - Ressource pédagogique EDSTAR CNRS, CNRS - EDSTAR. Consulté le 6 novembre 2026.
  6. Transfert thermique, Wikipédia. Consulté le 6 novembre 2026.

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