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Tout savoir sur le pouvoir calorifique d’un combustible

Le pouvoir calorifique, mesure essentielle pour évaluer l’efficacité d’un combustible, est souvent négligé ou incompris, malgré son rôle déterminant dans de nombreux domaines, allant du chauffage domestique à la production industrielle d’énergie.

Cet article vise à décrypter cette notion, en définissant d’abord le concept et en détaillant ses différentes composantes, notamment le pouvoir calorifique supérieur (PCS) et le pouvoir calorifique inférieur (PCI).

Par ailleurs, nous examinerons les différentes méthodes pour calculer le pouvoir calorifique, l’influence de cette mesure sur la puissance d’un système, ainsi que le pouvoir calorifique de différents types de combustibles. Alors, avant de choisir un nouveau chauffage pour votre foyer ou si vous souhaitez effectuer une rénovation de votre ancien système, suivez le guide !

Le pouvoir calorifique : définition

Le pouvoir calorifique, souvent appelé valeur calorifique, est une propriété fondamentale des combustibles. Il s’agit de la quantité de chaleur qui est dégagée lors de la combustion complète d’une certaine quantité de combustible dans des conditions standard.

Le pouvoir calorifique est généralement exprimé en joules par gramme (J/g) ou en kilojoules par kilogramme (kJ/kg). Il peut aussi être exprimé en kWh/kg or par m3 pour les gaz.

Le pouvoir calorifique en détail

Il existe deux types de pouvoir calorifique : le pouvoir calorifique supérieur (PCS) et le pouvoir calorifique inférieur (PCI).

  • Le PCS prend en compte l’énergie totale dégagée lors de la combustion, y compris la chaleur latente de vaporisation de l’eau produite pendant la combustion.
  • Le PCI, en revanche, ne tient pas compte de cette chaleur latente, . Il est donc toujours inférieur au PCS. Il désigne la quantité d’énergie que l’on peut récupérer, sans condensation de l’eau de combustion, par unité de masse de combustible. Le PCi est l’indicateur qui vous sera donné lorsque vous choisirez un combustible de chauffage.

La distinction entre PCS et PCI est particulièrement importante dans le cas d’un combustible contenant de l’hydrogène, qui produit de l’eau lors de sa combustion. On va donc parler de PCI pour ce combustible, car une partie de la chaleur latente n’est généralement pas récupérable.

Lorsque vous achetez un sac de granulés de bois, son PCI est toujours indiqué (pouvoir calorifique inférieur). Plus ce chiffre est élevé, plus le combustible offre un haut rendement. 

Quelle formule pour calculer le pouvoir calorifique ?

Calculer le PCI d’un combustible est assez complexe et se fait à partir de la composition chimique du combustible et de l’enthalpie de formation des produits de combustion. 

À titre d’exemple, le PCI du méthane s’élève à 9,960 kWh/Nm3 en moyenne, celui du propane à 25,993 kWh/Nm3, et celui du butane à 34,361 kWh/Nm3. Du côté des liquides, le PCI du fioul (lourd ou domestique) est d’environ 11,300 kWh/kg. Enfin, celui du bois s’affiche à 3,3 kWh/kg, et celui du bois sec à 5,0 kWh/kg. 

Le calcul du PCS est plus simple et s’effectue à partir du PCI. La formule est la suivante : PCS = PCI + Chaleur latente d’évaporation.

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Quel est le plus important : le pouvoir calorifique supérieur ou le pouvoir calorifique inférieur ?

Vous l’imaginez bien, ces deux mesures sont importantes pour évaluer les combustibles, mais leur niveau d’importance dépend du contexte spécifique dans lequel ils sont utilisés.

Le PCS mesure la quantité totale d’énergie libérée par la combustion complète d’une unité de combustible, y compris l’énergie récupérée de la condensation de la vapeur d’eau produite pendant la combustion. Le PCI, en revanche, exclut cette énergie de condensation. En d’autres termes, le PCS est l’énergie maximale théorique qu’un combustible peut produire, tandis que le PCI est une mesure plus réaliste de l’énergie produite lors de la combustion dans des conditions typiques.

Dans la pratique, le PCI est plus important

Dans la pratique, le PCI est souvent considéré comme plus important pour les applications pratiques de la combustion de carburants. C’est parce que dans la plupart des systèmes de combustion, l’énergie de condensation de la vapeur d’eau n’est pas récupérée, et le PCI donne donc une meilleure indication de l’énergie réellement disponible pour être utilisée.

Cependant, il y a des exceptions. Par exemple, certains systèmes de chauffage à haut rendement sont capables de récupérer une partie de l’énergie de condensation, et dans ces cas, le PCS peut être une meilleure mesure de la performance du combustible. Le choix entre le PCS et le PCI dépend de la technologie spécifique utilisée pour la combustion et de la manière dont l’énergie produite sera utilisée.

Relation entre le pouvoir calorifique et la puissance utile 

La puissance utile d’un système de chauffage dépend directement du pouvoir calorifique du combustible utilisé. Plus le pouvoir calorifique d’un combustible est élevé, plus la quantité de chaleur produite (et donc la puissance utile) pour une quantité donnée de combustible sera grande. 

Le pouvoir calorifique de différents combustibles

Le pouvoir calorifique est une caractéristique fondamentale qui varie d’un combustible à l’autre. Les principaux facteurs qui déterminent le pouvoir calorifique d’un combustible sont sa composition chimique et sa teneur en eau.

Le pouvoir calorifique du bois (Pouvoir calorifique bois)

Le bois est un combustible renouvelable largement utilisé pour le chauffage domestique et la production d’électricité. Le pouvoir calorifique du bois dépend de plusieurs facteurs, dont le type d’arbre, la teneur en eau et l’âge du bois. En général, le pouvoir calorifique inférieur (PCI) du bois sec varie entre 16 et 19 MJ/kg. Le bois vert, qui contient plus d’eau, a un pouvoir calorifique inférieur.

Le pouvoir calorifique du fioul (Pouvoir calorifique fioul)

Le fioul est un combustible fossile utilisé pour le chauffage et la production d’électricité. Le pouvoir calorifique du fioul est généralement supérieur à celui du bois, avec un PCI d’environ 42 MJ/kg. Cette valeur peut varier légèrement en fonction de la composition spécifique du fioul.

En comparant les pouvoirs calorifiques du bois et du fioul, il est clair que le fioul a un pouvoir calorifique plus élevé. Cela signifie qu’une même quantité de fioul produira plus d’énergie que la même quantité de bois. 

Cependant, le fioul est une ressource non renouvelable qui produit des émissions de gaz à effet de serre lors de sa combustion, alors que le bois est une ressource renouvelable qui peut être brûlée de manière plus durable.

Le cas spécifique du pouvoir calorifique des gaz (Pci gaz, Pcs gaz)

Pour ce qui est du butane, propane ou du gaz naturel, il y a autant de valeurs de PCI et de PCS que de gaz. Pourquoi ? Cela est dû à la  proportion d’atomes d’hydrogène (H) par molécule. 

Le gaz naturel par exemple, contient une grande quantité de méthane, une molécule composée d’un atome de carbone et de quatre atomes d’hydrogène. Lorsqu’il brûle, l’hydrogène réagit avec l’oxygène pour former de l’eau. Plus il y a d’hydrogène dans le combustible, plus la combustion produira de vapeur d’eau, et donc de la chaleur latente. Cela vous rapelle quelque chose ?

On en a déjà discuté : plus la chaleur latente est importante, plus le pouvoir calorifique supérieur (PCS) du combustible est élevé. Voici le PCS des trois gaz principaux : 

CombustiblePCS en kWh/m3
Gaz naturel (méthane)11.074
Propane28.292
Butane37.253

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Le pouvoir calorifique de différents combustibles

Le type de combustible a un impact direct sur le pouvoir calorifique. Par exemple, les combustibles fossiles tels que le charbon, le gaz naturel et le fioul ont généralement un pouvoir calorifique plus élevé que les sources d’énergie renouvelables comme le bois ou les biocarburants.

Cela est dû à leur composition chimique. Les combustibles fossiles sont principalement composés de carbone et d’hydrogène, qui libèrent une grande quantité d’énergie lorsqu’ils sont brûlés. En revanche, les combustibles renouvelables contiennent souvent de l’oxygène et d’autres éléments qui libèrent moins d’énergie.

Quels facteurs influencent le pouvoir calorifique d'un combustible ? 

Les facteurs externes qui peuvent affecter le pouvoir calorifique

Outre la composition chimique, certains facteurs externes peuvent aussi affecter le pouvoir calorifique. Parmi eux, la teneur en humidité : un combustible humide aura un pouvoir calorifique inférieur à celui d’un combustible sec, car une partie de l’énergie de la combustion sera consommée pour l’évaporation de l’eau.

La pression et la température peuvent également affecter le pouvoir calorifique, notamment pour les gaz combustibles. En effet, une augmentation de la pression ou une diminution de la température peuvent augmenter la densité du gaz, augmentant ainsi son pouvoir calorifique par unité de volume.

L'importance de la qualité du combustible

La qualité du combustible a également une grande influence sur son pouvoir calorifique. Un combustible de haute qualité, pur et exempt d’impuretés, aura un pouvoir calorifique plus élevé qu’un combustible de mauvaise qualité. C’est pour cela qu’un bois bien séché et exempt de pourriture ou de moisissures aura un pouvoir calorifique supérieur à celui d’un bois humide ou décomposé. De même, un bois compressé sera plus efficace qu’une bûche classique. 

Le pouvoir calorifique d'un combustible dans votre quotidien 

Le pouvoir calorifique d’un combustible a un impact direct sur notre quotidien. Il détermine l’efficacité de notre chauffage. Un combustible à haut pouvoir calorifique permettra de chauffer une maison avec une moindre quantité de combustible, ce qui peut se traduire par des économies d’énergie et d’argent.

En conclusion, le pouvoir calorifique est un concept clé qui nous permet de faire des choix éclairés sur le type de combustible à utiliser, en fonction de ses caractéristiques, de son coût, de son impact environnemental et des exigences spécifiques de l’application ou du système de chauffage. Le pouvoir calorifique a une importance capitale, tant pour les économies d’énergie et d’argent que pour la réduction de notre empreinte environnementale.

Questions fréquemment posées

 Comment on calcule le pouvoir calorifique ?

Le pouvoir calorifique d’un combustible est calculé en utilisant une formule spécifique qui prend en compte la quantité de chaleur dégagée lors de la combustion complète d’une certaine quantité de ce combustible. Cette quantité de chaleur est mesurée en joules, tandis que la quantité de combustible est mesurée en grammes ou en kilogrammes. Ainsi, le pouvoir calorifique est généralement exprimé en joules par gramme (J/g) ou en mégajoules par kilogramme (MJ/kg).

C'est quoi le pouvoir calorifique d'un gaz ?

Le pouvoir calorifique d’un gaz est la quantité d’énergie dégagée lorsque une certaine quantité de ce gaz est complètement brûlée. Il est généralement exprimé en joules par mètre cube (J/m³) ou en mégajoules par mètre cube (MJ/m³). Deux valeurs sont souvent utilisées : le pouvoir calorifique supérieur (PCS), qui prend en compte la chaleur latente de condensation de la vapeur d’eau, et le pouvoir calorifique inférieur (PCI), qui ne la prend pas en compte.

Qu'est-ce que le pouvoir calorifique massique ?

Le pouvoir calorifique massique est le pouvoir calorifique d’un combustible exprimé par unité de masse. C’est la quantité de chaleur dégagée lors de la combustion complète d’une unité de masse de ce combustible. Il est généralement exprimé en joules par gramme (J/g) ou en mégajoules par kilogramme (MJ/kg).

Comment calculer le pouvoir calorifique du bois ?

Le pouvoir calorifique du bois est déterminé à l’aide d’une bombe calorimétrique, un appareil qui permet de mesurer la chaleur dégagée lors de la combustion complète d’une échantillon de bois. Cependant, dans la pratique, il est souvent difficile de mesurer précisément le pouvoir calorifique du bois, car il dépend de nombreux facteurs tels que l’espèce de l’arbre, la teneur en eau du bois et l’âge du bois. Pour cette raison, les valeurs utilisées sont souvent des moyennes obtenues à partir de différentes mesures et de différentes espèces de bois.

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