Pouvoir calorifique : définition, calcul & différence entre PCI et PCS
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Le pouvoir calorifique peut être utilisé pour comparer les différentes énergies, comme le gaz naturel, le fioul, le gaz propane, les granulés de bois, etc. En effet, il s’agit d’une unité de mesure qui permet entre autres de savoir quelle énergie produit le plus de chaleur lors de sa combustion, et donc de comparer le pouvoir chauffant de ces combustibles. On distingue le pouvoir calorifique inférieur (PCI) et le pouvoir calorifique supérieur (PCS).
Qu’est-ce que le pouvoir calorifique ?
La définition du pouvoir calorifique est assez technique, mais la comprendre peut s’avérer très utile. Les combustibles libèrent une énergie thermique lorsque la combustion a lieu, et c’est ce qu’on appelle le pouvoir calorifique, aussi appelé chaleur de combustion.
En fait, le pouvoir calorifique est la quantité de chaleur dégagée par la combustion complète sous pression atmosphérique normale (1,01325 bar) de l’unité de quantité de ce combustible. Le pouvoir calorifique des combustibles s’exprime en quantité de chaleur (généralement en kWh ou MJ) par quantité de combustible :
- kWh / kg pour le bois ;
- kWh / m3 pour le gaz naturel ;
- kWh / kg pour le gaz propane ;
- kWj / litre pour le fioul.
Comprendre le pouvoir calorifique peut être bénéfique car cela permet d’abord de comparer différentes énergies entre elles, pour les consommateurs souhaitant changer de mode de chauffage (par exemple passer du fioul au gaz propane). Mais en plus, cela permet de comparer la différence d’efficacité entre différents appareils utilisant la même énergie (par exemple différentes chaudières fioul) pour faire évaluer ses équipements. Plus le pouvoir calorifique est élevé, plus le combustible est efficace.
Par ailleurs, il est aussi indispensable d’avoir une idée de ce qu’est le pouvoir calorifique pour essayer de mieux comprendre sa facture d'énergie, surtout pour les consommateurs utilisant du gaz naturel. En effet, même si on peut lire les m3 de gaz livrés sur son compteur, c’est par kWh consommé que le gaz est facturé par le fournisseur, pour la simple raison que chaque m3 de gaz ne contient pas le même pouvoir calorifique.
Quels sont les types de pouvoir calorifique ?
On distingue deux types de pouvoir calorifique :
- Le pouvoir calorifique inférieur ou PCI : il s’agit de la quantité totale de chaleur dégagée par la combustion, n'incluant pas la condensation de la vapeur d’eau contenue dans les fumées ;
- Le pouvoir calorifique supérieur ou PCS : il s’agit de la quantité d’énergie dégagée par la combustion complète, la vapeur d’eau étant supposée condensée et la chaleur récupérée. Concrètement, le PCS est égal à la somme du PCI et de la chaleur latente dans la vapeur d’eau produite par la combustion. La somme du PCS est donc toujours supérieure à celle du PCI, car le calcul du PCI ne prend pas en compte l’utilisation de l’énergie issue des fumées.
Pour comparer, la combustion d’un kilogramme de fioul libère une quantité de chaleur de 11,8 kilowattheures (PCI = 11,8 kWh/kg*K). Mais lorsqu’on brûle 1 litre de fioul, on peut récupérer jusqu’à 12,5 kilowattheures (PCS = 12,5 kWh/kg*K).
Ci-dessous un tableau qui résume les PCI et PCS des différentes énergies pour mieux comprendre le calcul du pouvoir calorifique d’un combustible et leurs performances.
| Unité de comptage | PCS (kWh) | Conversion PCS en PCI | PCI (kWh) |
|---|---|---|---|
| 1 kWh d’électricité | 1 | divisé par 1.00 | 1 |
| 1 litre de fioul domestique | 10.667 | divisé par 1.07 | 9.97 |
| 1 kWh de gaz naturel | 1 | divisé par 1.11 | 0.9 |
| 1 kWh de gaz propane | 13.8 | divisé par 1.09 | 12.66 |
| 1 m3 de gaz propane | 25.9 | divisé par 1.09 | 23.7 |
| 1 kWh de gaz butane | 13.7 | divisé par 1.09 | 12.56 |
| 1 m3 de gaz butane | 33.5 | divisé par 1.09 | 30.45 |
| 1 kg de charbon | 9.245 | divisé par 1.04 | 8.889 |
| 1 tonne de granulés de bois | 5106 | divisé par 1.11 | 4600 |
| 1 tonne de vapeur | 697 | divisé par 1.00 | 697 |
Est-ce que le pouvoir calorifique peut varier ?
Maintenant que l’on sait comment calculer le pouvoir calorifique, il peut être intéressant de se demander pourquoi un combustible ne contient pas toujours la même quantité d’énergie. En fait, plusieurs facteurs sont susceptibles de faire varier le pouvoir calorifique pour chaque type d’énergie :
- Le pouvoir calorifique du gaz naturel peut varier selon la température, la pression ou encore la composition (type B ou type H) et la production du gaz ;
- Le pouvoir calorifique du fioul peut aussi légèrement varier selon le rendement de l’installation de la chaudière du consommateur, l’entretien de la chaudière, le type d’installation, ainsi que l’isolation du logement ;
- Le pouvoir calorifique du bois pour les chaudières bois dépend fortement de son taux d’humidité. Concrètement, 2 m3 de bois de chauffage sec produiront la même énergie que 3 m3 de bois plus humide.
Le cas d’une chaudière à condensation
Toujours dans le cadre du calcul du pouvoir calorifique, les chaudières à condensation sont un excellent exemple pour bien illustrer la différence entre le PCS et le PCI, et à quel point le pouvoir calorifique peut impacter notre consommation.
Le principe d’une chaudière à condensation est simple : elle récupère la chaleur latente produite par la condensation des vapeurs d’eau contenues dans les fumées (soit le principe même du PCS). Cette récupération permet de faire des économies de combustibles qui peuvent aller jusqu’à 30 %. Pour le gaz naturel, on peut récupérer jusqu’à 10 % de rendement supplémentaire si on peut condenser la vapeur d’eau des fumées et récupérer cette chaleur. Le gain théorique de chaleur est de 6 % pour le fioul.
Ci-dessous une comparaison des PCI et PCS des chaudières classiques et à condensation pour mieux comprendre la différence d’efficacité entre les deux :
| Energie | Chaudières traditionnelles | Chaudières à condensation |
|---|---|---|
| Gaz naturel | PCI 10 kWh/m3 | PCS 11,11 kWh/m3 |
| Fioul domestique | PCI 10,06 kWh / litre | PCS 10,74 kWh / litre |
| Gaz propane | PCI 12,79 kWh / kg | PCS 13,83 kWh / kg |
A savoir que le rendement d’une chaudière s’exprime en % sur le pouvoir calorifique du combustible, et plus le rendement est élevé, plus la chaudière est efficace. Cela dit, la chaudière à condensation a un rendement supérieur à 100 % sur PCI.
Quid du pouvoir calorifique des carburants ?
Le pouvoir calorifique n’est pas seulement une unité de mesure qui permet au consommateur de choisir l’énergie la plus efficace en termes de chauffage. En effet, il peut également servir à comparer les différents carburants et à guider les consommateurs dans le dilemme essence ou diesel. A savoir que le pouvoir calorifique de l’essence est plus élevé que celui du diesel et du GPL carburant :
- Essence : PCI de 47,3 MJ par kg ;
- Diesel : PCI de 44,8 MJ par kg ;
- GPL : PCI de 46 MJ par kg.
Attention cependant car le pouvoir calorifique seul ne suffit pas à déterminer l’énergie la plus économique. Même si le pouvoir calorifique de l’essence est plus élevé, la masse volumique du diesel est supérieure (850 kg/m3 contre 750 kg/m3 pour l’essence), ce qui signifie qu’en mettant 1l de gazole dans une voiture, on dispose d’une énergie de 38 MJ contre seulement 35.5 MJ dans le cas de l’essence. Cela explique pourquoi un moteur diesel consomme souvent moins qu’un moteur essence.