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Pouvoir calorifique supérieur (PCS) : définition, calcul et applications

Envie de mieux consommer, passez à l’énergie verte

Le pouvoir calorifique supérieur (PCS) est une notion permettant de mieux comprendre le fonctionnement de l’énergie. En pratique, il s’avère également utile lors du choix de votre système de chauffage. Cette valeur, qui mesure l’énergie dégagée lors de la combustion complète d’un combustible, est bien plus qu’un simple chiffre. Le PCS offre un aperçu précis de l’efficacité énergétique d’un combustible, qu’il s’agisse de gaz, de bûches ou de granulés. 

Cette notion, bien que complexe, est donc indispensable pour comparer objectivement les performances des différentes sources d’énergie. Dans cet article, nous allons explorer en détail le pouvoir calorifique supérieur, dévoiler son mode de calcul et illustrer son importance lors du choix d’une chaudière. 

Au terme de cette lecture, vous disposerez d’une meilleure compréhension du PCS, et serez ainsi en mesure de faire un choix éclairé pour votre système de chauffage, alliant efficacité, économies et respect de l’environnement. Une décision bien informée est le premier pas vers une consommation d’énergie plus responsable.

Définition approfondie du pouvoir calorifique supérieur

Le pouvoir calorifique supérieur, aussi connu sous l’acronyme PCS, est une mesure de l’énergie produite lors de la combustion complète d’une source d’énergie, incluant l’énergie récupérée en condensant la vapeur d’eau produite durant ce processus. C’est un critère important pour évaluer l’efficacité d’un combustible et comparer différentes sources d’énergie.

Le PCS d'une source d'énergie

Plusieurs facteurs influencent le PCS d’une source d’énergie, parmi lesquels :

  • Le type de combustible : chaque combustible a un PCS spécifique en fonction de sa composition chimique. Par exemple, le bois a un PCS différent de celui du gaz naturel.
  • L’état du combustible : le PCS peut varier selon que le combustible est solide, liquide ou gazeux.
  • La présence d’impuretés : les impuretés dans le combustible peuvent réduire son PCS.
  • L’humidité : un combustible humide aura un PCS inférieur à celui d’un combustible sec, car une partie de l’énergie sera utilisée pour évaporer l’eau. ‎‎Cet élément est particulièrement important dans le cadre d’une chaudière à bois, qui doit être alimentée avec le bois le plus sec possible.

Comparaison du PCS entre différentes sources d'énergie

Pour mettre en perspective l’importance du PCS, examinons la comparaison entre le PCS des combustibles fossiles et celui des énergies renouvelables.

  • Les combustibles fossiles, comme le charbon, le gaz naturel et le pétrole, ont généralement un PCS élevé. Cela signifie qu’ils produisent beaucoup d’énergie lorsqu’ils sont brûlés, mais ils sont aussi responsables d’importantes émissions de gaz à effet de serre.
  • Les énergies renouvelables, comme le bois ou les biocarburants, ont un PCS généralement inférieur à celui des combustibles fossiles. Cependant, leur combustion est souvent plus respectueuse de l’environnement et leur utilisation contribue à réduire notre dépendance aux combustibles fossiles.

Pouvoir calorifique supérieur (PCS) des différents gaz

Type de combustiblePCS en MJ/Nm³PCS en kWh/Nm³
Gaz naturel (méthane)entre 34 et 41entre 9,5 et 11,5
Butaneentre 36 et 47entre 10 et 13
Propaneentre 40 et 50entre 11 et 14
Biogazentre 23 et 27entre 6,5 et 7,5

Note : Nm³ signifie normo mètre cube, c’est-à-dire le volume d’un gaz sous conditions normales de température et de pression. Les valeurs pour le butane et le propane sont ainsi ramenées à ces conditions, et non à leur état de stockage très pressurisé.

Pouvoir calorifique supérieur (PCS) de différents combustibles liquides et solides

Type de combustiblePCS en MJ/kgPCS en kWh/kg
Fioul domestiqueentre 40 et 45entre 11 et 12,5
Charbonentre 28 et 33entre 7,5 et 9
Bois sec (humidité < 20%)entre 14 et 18entre 4 et 5
Granulésentre 18 et 22entre 5 et 6

Calcul du pouvoir calorifique supérieur

Le PCS est généralement exprimé en mégajoules par kilogramme (MJ/kg) ou en kilowattheures par kilogramme (kWh/kg). Ces deux unités mesurent essentiellement la même chose : la quantité d’énergie, mais dans des métriques différentes.

1 mégajoule (MJ) est égal à 1 million de joules, tandis qu’un kilowattheure est égal à 3,6 millions de joules. Pour convertir le PCS d’un combustible de MJ/kg à kWh/kg, vous divisez simplement le nombre de MJ par 3,6.

Les éléments nécessaires au calcul

Pour calculer le PCS d’un combustible, vous aurez besoin de deux informations essentielles :

  • La composition chimique du combustible : cela comprend les proportions d’éléments tels que le carbone, l’hydrogène et l’oxygène.
  • Le pouvoir calorifique inférieur du combustible (PCI) : cette valeur représente la quantité d’énergie que l’on peut obtenir en brûlant le combustible, sans tenir compte de l’énergie supplémentaire récupérable par la condensation de la vapeur d’eau produite.

Les étapes du calcul du PCS

Une fois ces informations en main, le PCS peut être calculé en utilisant la formule suivante :

PCS = PCI + 0,11 * (9 * H – O)

où :

  • H est le pourcentage d’hydrogène dans le combustible
  • O est le pourcentage d’oxygène dans le combustible

Prenons par exemple un combustible dont le PCI est de 40 MJ/kg, contenant 5% d’hydrogène et 20% d’oxygène. En insérant ces valeurs dans la formule, nous obtenons :

PCS = 40 MJ/kg + 0,11 * (9 * 0,05 – 0,20) = 40,95 MJ/kg

Pour convertir ce résultat en kWh/kg, nous divisons par 3,6 :

PCS = 40,95 / 3,6 = 11,37 kWh/kg

 

Ainsi, le PCS de ce combustible est de 40,95 MJ/kg ou 11,37 kWh/kg. Il est important de noter que le PCS est toujours plus élevé que le PCI, car il tient compte de l’énergie récupérable par la condensation de la vapeur d’eau produite lors de la combustion.

Facteurs de conversion entre PCS et PCI

Afin de faire le calcul plus rapidement, vous pouvez également utiliser un facteur de conversion propre à chaque combustible :

  • Gaz naturel : 1,111
  • Butane et propane : 1,087
  • Fioul domestique : 1,075
  • Bûches : 1,08
  • Granulés : 1,05

Pour estimer le PCS d’un combustible , il vous suffit alors de connaître le PCI et d’appliquer le facteur de conversion adapté.

Le rôle du PCS dans la consommation d'énergie

Le PCS joue un rôle clé dans la détermination de la consommation d’énergie et de l’efficacité énergétique d’un système de chauffage. En effet, plus le PCS d’un combustible est élevé, plus la quantité d’énergie obtenue par unité de combustible brûlé est importante. Ceci a un impact direct sur la quantité de combustible nécessaire pour produire une certaine quantité de chaleur, et donc sur la consommation d’énergie.

Le PCS sur la facture de gaz

Si vous êtes un consommateur de gaz naturel, vous avez peut-être remarqué la mention PCS sur votre facture. C’est le pouvoir calorifique supérieur du gaz naturel qui est utilisé par les fournisseurs d’énergie pour établir cette facture.

En effet, même si le compteur de gaz d’une installation domestique mesure le volume de gaz en mètres cubes (m³), la facturation se fait en kilowatt-heure (kWh). La raison est simple : le gaz naturel distribué en France provient de différents gisements qui n’ont pas tous le même pouvoir calorifique. Autrement dit, à volume égal, les différents gaz ne délivrent pas la même quantité d’énergie. On distingue le gaz H (pour haut pouvoir calorifique) et le gaz B (pour bas pouvoir calorifique).

C’est pour cette raison que le mètre cube ne peut pas servir d’unité de facturation. Le volume de gaz (m³) est converti en quantité d’énergie (kWh) en appliquant un coefficient de conversion. Ce coefficient est basé sur le PCS du gaz, qui varie entre 9.5278 et 12.7932 kWh/m³.

Le PCS et les chaudières à condensation

Le PCS est une notion centrale lorsqu’il s’agit d’évaluer le rendement d’une chaudière : le rapport entre la chaleur effectivement exploitée par l’appareil et celle provoquée par la combustion du combustible. 

Les chaudières à condensation sont justement conçues pour exploiter le maximum du pouvoir calorifique du gaz. Ces dispositifs de chauffage récupèrent la chaleur latente contenue dans la vapeur d’eau produite lors de la combustion du gaz, une source d’énergie qui serait autrement perdue dans une chaudière traditionnelle. Cette récupération de chaleur augmente l’efficacité énergétique globale du système de chauffage, qui se rapproche ainsi du pouvoir calorifique supérieur du gaz utilisé.

En d’autres termes, les chaudières à condensation sont conçues pour retirer la quasi-intégralité de l’énergie contenue dans le gaz. Cela permet de réduire la consommation de combustible et d’améliorer l’efficacité énergétique de votre maison, tout en contribuant à la réduction des émissions de gaz à effet de serre.

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Questions fréquemment posées

Comment calculer le pouvoir calorifique supérieur ?

Le pouvoir calorifique supérieur (PCS) d’un combustible est généralement déterminé en laboratoire à l’aide d’un calorimètre, un appareil spécifique qui mesure la quantité de chaleur dégagée par la combustion complète d’une certaine quantité de combustible. Toutefois, pour une utilisation courante, les valeurs du PCS pour les différents types de combustibles sont généralement fournies dans des tableaux de référence.

Comment calculer le pouvoir calorifique inférieur ?

Le pouvoir calorifique inférieur (PCI) est également généralement mesuré en laboratoire. Le PCI est similaire au PCS, mais il ne prend pas en compte l’énergie récupérable sous forme de chaleur latente lors de la condensation de la vapeur d’eau produite lors de la combustion. Pour passer du PCS au PCI, il faut soustraire l’énergie récupérable sous forme de chaleur latente. Cette valeur est généralement estimée à environ 10% du PCS pour les combustibles gaz.

Quel combustible a le plus grand pouvoir calorifique ?

Parmi les combustibles couramment utilisés, le gaz naturel a l’un des plus grands pouvoirs calorifiques supérieurs, de l’ordre de 9,6 à 12,8 kWh/m³, selon sa composition exacte. Cependant, il est important de noter que le pouvoir calorifique ne doit pas être le seul critère pour choisir un combustible : l’impact environnemental, le coût, la facilité d’approvisionnement et de stockage, et la compatibilité avec votre équipement de chauffage sont également des facteurs importants à prendre en compte.

Quelle est la différence entre le pouvoir calorifique inférieur (PCI) et le pouvoir calorifique supérieur (PCS) d'un combustible ?

La différence entre le PCS et le PCI d’un combustible est l’énergie récupérable sous forme de chaleur latente lors de la condensation de la vapeur d’eau produite lors de la combustion. Le PCS prend en compte cette énergie, tandis que le PCI ne le fait pas. Pour cette raison, le PCS d’un combustible est toujours plus élevé que son PCI. Par exemple, pour le gaz naturel, cette différence est d’environ 10%. Le choix entre le PCS et le PCI pour évaluer un combustible dépend du type d’équipement de chauffage utilisé. Par exemple, une chaudière à condensation est capable de récupérer une partie de cette chaleur latente, se rapprochant ainsi du PCS.

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