Chauffe-eau à l'examen CMMTQ : les trois calculs qui décident du modèle

Trois calculs derrière chaque question sur le chauffe-eau

À l'examen CMMTQ, le chauffe-eau n'est pas une question de marque : c'est une question de chiffres. Combien d'énergie pour élever une masse d'eau d'une température à une autre, quelle puissance installer pour y arriver à temps, et combien de temps l'appareil met à remonter. Une seule constante sert aux trois : c = 4 186 J/kg·°C, avec 1 litre d'eau = 1 kg.

1. L'énergie à fournir : Q = m × c × ΔT

Chauffer 40 litres de 10 °C à 60 °C : masse de 40 kg, ΔT = 60 − 10 = 50 °C, donc Q = 40 × 4 186 × 50 = 8 372 000 J, soit 8,37 MJ. Comme 1 kWh = 3 600 000 J, cela fait 2,33 kWh — la valeur qui parle le langage de la facture. Le piège : ΔT est l'élévation, pas la température finale. Second piège, bien québécois : l'eau froide d'hiver arrive autour de 5 °C plutôt que 10 °C, ce qui allonge le ΔT et le temps de récupération à puissance égale.

2. La puissance : P = (V × ΔT × 4 186) / (t × 3 600)

Chauffer 200 litres de 10 °C à 60 °C en 2 heures : P = (200 × 50 × 4 186) / (2 × 3 600) = 41 860 000 / 7 200 = 5 814 W, soit environ 19 840 BTU/h (1 W = 3,412 BTU/h). Or 5 814 W n'existe pas en catalogue : le résidentiel se vend en 3 000, 4 500 ou 5 500 W. La réponse d'examen n'est jamais « installe 5 814 W » : il faut choisir l'élément disponible et recalculer le temps, ou grossir le réservoir pour absorber la pointe.

3. Le temps de récupération : la même formule, inversée

Élément de 4 500 W dans 180 litres, ΔT de 50 °C : t = (180 × 50 × 4 186) / (4 500 × 3 600) = 37 674 000 / 16 200 000 = 2,33 h, environ 2 h 20. Une famille de quatre vise moins de 2 heures ; au-delà, il faut plus de puissance ou moins de volume à réchauffer.

Mais la puissance est plafonnée par le circuit : 4 500 W à 240 V tire 18,75 A, et une charge continue se dimensionne à 125 %, soit 23,4 A — d'où le disjoncteur de 30 A et le cuivre 10 AWG. Grossir l'élément oblige donc à refaire le circuit électrique.

4. Volume et capacité de première heure

Le volume seul ne prouve rien : ce qui compte est la capacité de première heure (FHR), soit l'eau puisée dans le réservoir plus ce que l'appareil récupère pendant cette heure. Repères usuels :

• Studio ou 1 chambre : 135 L (30 gal), FHR visée 150 L
• 2 à 3 chambres : 180 L (40 gal), FHR visée 200 L
• 3 à 4 chambres : 225 L (50 gal), FHR visée 280 L
• 4 à 5 chambres : 270 L (60 gal), FHR visée 340 L
• Maison avec spa : 300 à 360 L, FHR visée 400 L

Bilan de pointe pour quatre personnes : deux douches le matin (200 L), une le soir (100 L), un lave-vaisselle (150 L) et une brassée (450 L) donnent 900 L par jour. Le 180 L ne pèche pas par son volume, mais parce que sa FHR reste sous la pointe réelle.

5. Les seuils à retenir par cœur

Le Code de plomberie du Québec (chapitre III du Code de construction) encadre les chauffe-eau, les réservoirs de stockage et les soupapes de sécurité. L'examen attend ces valeurs sans calcul :

• Soupape T&P : ouverture au-delà de 99 °C ou de 1 000 kPa (150 psi), sur le réservoir ; décharge en cuivre ou CPVC, pente continue, extrémité de 15 à 30 cm du sol, bien en vue.
• Thermostat : 60 °C standard, plancher de 55 °C contre la légionellose, plafond de 65 °C contre les brûlures.
• Réservoir d'expansion : requis dès qu'un clapet antiretour ferme le système à l'entrée d'eau froide. L'eau se dilate d'environ 4 % entre 4 °C et 100 °C ; sans compensation, la pression monte à chaque cycle, la T&P suinte, puis lâche. Compter 2 à 5 litres pour un 180 L, précharge égale à la pression statique (350 à 400 kPa).
• Dégagements : 60 cm devant, 30 cm sur les côtés, support capable de porter l'appareil plein — environ 200 kg pour un 180 L.

La séquence de vérification

1. Bâtir la demande réelle en litres par pointe d'usage, pas le seul nombre de chambres.
2. Fixer le ΔT avec une eau froide d'hiver.
3. Calculer Q en kWh, puis P pour le temps disponible.
4. Choisir une puissance qui existe et vérifier le circuit : ampères, 125 %, calibre du conducteur.
5. Recalculer le temps de récupération avec la puissance réellement installée, puis confirmer T&P et dégagements.

Trois formules, une constante et quatre seuils : la majorité des questions de chauffe-eau se répondent sans hésiter. Le reste est de la lecture attentive, parce que la donnée qui change tout est presque toujours une température d'eau froide ou une puissance d'élément glissée au milieu de l'énoncé.