Pouvoir calorifique inférieur (PCI) pour chaque énergie
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Le Pouvoir Calorifique Inférieur (souvent désigné par son sigle « PCI », mesure la quantité de chaleur dégagée lors de la combustion complète d'un combustible, sans récupérer l'énergie de la vapeur d'eau produite. Il est exprimé en kilowattheures (kWh) et en megajoules (MJ) par unité de masse ou de volume, selon le type de combustible. Le PCI est couramment utilisé pour évaluer l'efficacité énergétique des appareils de chauffage domestique et comparer les performances des différents combustibles.
Qu’est-ce que le pouvoir calorifique inférieur ?
Définition
Le Pouvoir Calorifique Inférieur (PCI) représente la quantité d'énergie thermique libérée lors de la combustion complète d'un combustible, sans tenir compte de la chaleur latente de la vapeur d'eau formée. Contrairement au PCS, il ne prend pas en compte l'énergie récupérée si la vapeur d'eau se condense.
Exprimé en wattheures (Wh) ou en joules (J) par unité de masse ou de volume, il reflète l'énergie directement utilisable dans les appareils qui ne récupèrent pas la chaleur latente, comme les chaudières classiques.
À quoi sert-il ?
Le PCI est essentiel pour évaluer la performance énergétique des systèmes de chauffage, comme les chaudières, poêles et brûleurs, qui ne récupèrent pas la chaleur latente. Il est également utilisé pour comparer les différentes énergies sur une base équitable et mesurer leur coût d'usage en fonction de l'énergie effectivement utilisable.
Il permet ainsi d'estimer le rendement des équipements et le coût énergétique pour les consommateurs. Plus le PCI est élevé, plus le rendement est supérieur. Pour faire simple, une énergie à PCI élevé a un meilleur pouvoir de chauffe, ce qui fait que l'on bénéficie d'une énergie performante sans avoir à consommer plus.
Comment se calcule-t-il ?
Le PCI se calcule en mesurant la quantité totale d'énergie libérée par un combustible, puis en soustrayant (ou ne prenant pas en compte) l'énergie latente contenue dans la vapeur d'eau produite.
En pratique, ce calcul se base sur des essais en laboratoire, comme avec une bombe calorimétrique, qui mesure la chaleur dégagée par un échantillon brûlé dans des conditions spécifiques, tout en excluant la condensation de l'eau. Pour des combustibles courants, il existe des valeurs standardisées établies par des organismes techniques.
L’énergie latente contenue dans la vapeur d’eau est soustraite dans le calcul du PCI car cette chaleur n’est pas récupérable si la vapeur reste à l’état gazeux, ce qui est généralement le cas dans les systèmes de combustion classiques. Cette approche permet de mieux refléter l’énergie réellement utilisable dans des conditions standard, notamment pour les appareils de chauffage domestique ou industriels sans récupération de chaleur latente.
Les conditions spécifiques de calcul du pouvoir calorifique garantissent une mesure précise et standardisée, permettant de comparer les pouvoirs calorifiques de différents combustibles de manière cohérente.
- Combustion complète : Le combustible est brûlé entièrement, sans résidus.
- Pression constante : La combustion se fait à une pression standard de 1,01325 bar (pression atmosphérique).
- Température initiale : Le combustible et l'air de combustion sont initialement à une température de 0°C.
- Température finale : Les produits de combustion sont ramenés à une température de 0°C après la combustion.
- Milieu de combustion : La combustion se déroule dans un environnement contrôlé, souvent dans une bombe calorimétrique, avec un apport suffisant en oxygène.
Valeurs PCI des principaux combustibles
Chaque combustible a un PCI propre.
Comparaison de l’efficacité des énergies selon leur PCI
Les valeurs présentées sont des estimations moyennes et peuvent varier en fonction de la qualité intrinsèque du combustible et des conditions de mesure.
| Combustible | Unité | PCI (kWh par unité) |
|---|---|---|
| Gaz naturel | 1 m³ | 8,8 – 10,1 |
| Fioul domestique | 1 litre | 9,9 – 10,7 |
| Gaz propane | 1 kg | 12,8 – 13,8 |
| Gaz butane | 1 kg | 12,7 – 13,7 |
| Charbon | 1 kg | 7,6 – 9,0 |
| Bois (sec) | 1 kg | 4,0 – 5,0 |
| Granulés de bois | 1 kg | 4,6 – 5,1 |
| Essence | 1 litre | 8,4 – 9,7 |
| Diesel | 1 litre | 9,4 – 10,1 |
| Hydrogène | 1 kg | 33,3 – 39,4 |
| Gaz naturel liquéfié (GNL) | 1 litre | 5,4 – 6,0 |
| Gaz naturel véhicule (GNV) | 1 kg | 12,5 – 13,0 |
| Gaz de pétrole liquéfié (GPL) | 1 litre | 6,6 – 7,4 |
Comparaison des prix des énergies en €/kWh PCI
Le pouvoir calorifique inférieur peut aussi servir de référence pour comparer les prix des énergies, qui varient aussi en fonction des fluctuations du marché, les coûts de transport et les taxes.
Voici ceux calculés par Selectra en janvier 2025 :
- Les granulés de bois : 0,07 €/kWh PCI ;
- Le gaz naturel : 0,09 €/kWh PCI ;
- Le fioul domestique : 0,10 €/kWh PCI ;
- Le charbon : 0,10 €/kWh PCI ;
- Le propane : 0,15 €/kWh PCI ;
- L’électricité : 0,20 €/kWh PCI.
Quels facteurs font varier le PCI selon les modes de chauffage ?
Le PCI varie en fonction de la composition chimique du combustible, notamment de sa teneur en hydrogène. Par exemple, un bois sec aura un PCI plus élevé qu’un bois humide, car l'énergie est perdue pour évaporer l'eau contenue. De même, les combustibles gazeux, comme le gaz naturel, ont un PCI élevé grâce à leur forte teneur en hydrogène, tandis que les biocombustibles ou les déchets auront des PCI plus faibles en raison de leur composition hétérogène ou de leur humidité.
La composition chimique d'un hydrocarbure varie aussi selon les caractéristiques spécifiques de chaque gisement. Elles sont influencées par les conditions géologiques et les processus de formation des gisements. Par exemple, le gaz naturel extrait d'un gisement peut contenir des proportions variables de méthane, d'éthane, de propane et d'autres hydrocarbures légers, influençant ainsi son PCI. De même, le pétrole brut provenant de différents gisements présente des variations dans sa teneur en hydrocarbures légers et lourds, en paraffines, en naphtènes ou en aromatiques, ce qui modifie son PCI. Ainsi un même type d'hydrocarbure importé d'Algérie, de Russie, de Norvège ou des Etats-Unis n'aura pas exactement le même PCI l'un que l'autre.
Le cas du bois de chauffage
Pour ceux qui choisissent le chauffage au bois dans leur logement, le PCI du bois dépend énormément de l’essence de bois de laquelle les bûches sont issues et du taux d’humidité contenue dans les bûches.
Ces éléments sont à prendre en compte dans le choix du bois à utiliser. En fait, plus le bois est humide, plus la valeur du PCI est basse. Il existe des appareils spéciaux pour contrôler le taux d’humidité du bois, comme les hygromètres. A savoir qu’en général, un bois fendu ne sera vraiment sec qu’après avoir été stocké deux ans dans de bonnes conditions.
De l’autre côté, l’essence du bois est aussi un paramètre à prendre en compte. Un stère de chêne (20% d’humidité) qui pèse 530 kg produira environ 2 000 kWh d’énergie, et un stère de résineux (20% d’humidité) qui pèse 380 kg, produire environ 1 500 kWh d’énergie. Pour avoir un bon PCI, il est conseillé de choisir un bois de chauffage issu d’essences de feuillus durs. Le hêtre et le chêne sont les bois de chauffage préférés des consommateurs.
Le cas du gaz naturel
Le PCI du gaz naturel n’est pas constant dans le temps et variera selon le type du gaz par exemple :
- Le gaz naturel de type B distribué dans le Nord de la France a un PCI de 10,00 kWh/Nm3 ;
- Le gaz naturel de type H distribué dans le reste du territoire a un PCI de 11,10 kWh/Nm3.
Il peut également varier selon la provenance du gaz :
- Le PCI du gaz en Russie est de 10,00 kWh/Nm3 ;
- Le PCI du gaz naturel en Mer du Nord est de 10,30 kWh/Nm3 ;
- Celui de Groningue (Pays-Bas) est de 9,30 kWh/Nm3 ;
- Celui de Montoir (Algérie) est de 11,00 kWh/Nm3.
Enfin, le PCI peut varier selon la pression et la température à laquelle il est consommé, ainsi que selon le rendement inhérent à la chaudière.
Le cas du fioul
Le pouvoir calorifique inférieur du fioul est aussi variable selon des facteurs similaires, et il existe plusieurs types de fioul et c’est naturellement que la valeur de PCI est différente pour chaque type (fioul domestique, fioul lourd, fioul lourd BTS, fioul lourd HTS, etc.).
Quelle différence avec le PCS ?
La principale différence entre le PCI et le PCS est que le Pouvoir Calorifique Supérieur inclut la chaleur latente de condensation de la vapeur d'eau produite lors de la combustion, tandis que le PCI ne l’intègre pas. Ainsi, le PCS est toujours supérieur au PCI, particulièrement pour les combustibles riches en hydrogène, comme le gaz naturel.
Les chaudières à condensation, par exemple, exploitent cette chaleur latente, ce qui les rend plus efficaces et leur permet d’afficher des rendements dépassant 100 % lorsqu’ils sont calculés sur la base du PCI. Aussi, si seul le PCI peut être utilisé pour décrire le rendement des chaudières classiques, le PCS sert également pour les chaudières à condensation.