Pouvoir calorifique
Définition
Le pouvoir calorifique est une grandeur qui désigne la quantité d’énergie thermique (énergie en forme de chaleur), qu’un combustible peut libérer lors de sa combustion. Il est mesuré en unités d’énergie par unité de masse ou de volume : d’un combustible. Ainsi, le pouvoir calorifique peut s’exprimer en :
- MJ/kg ou kcal/kg permet de quantifier l’énergie disponible par unité de masse, ce qui est essentiel pour évaluer la densité énergétique des combustibles. Cette unité est largement utilisée pour les combustibles liquides tels que l’essence, le Gazole, etc.
- kWh/m3 exprime la quantité d’énergie en kilowattheures par unité de volume. Cette unité est largement utilisée pour les gaz.
Pour référence : 1 kcal = 4,184 kJ (kilojoules) & 1 kWh = 3600 kJ (kilojoules), ce qui est utile si l’on souhaite exprimer cette énergie en joules, l’unité de base de l’énergie dans le Système international (SI).
Il existe deux types de pouvoirs calorifiques qui dépendent principalement de la prise en compte, ou non, de la *chaleur latente* produite lors de la combustion. Il s’agit du :
- Pouvoir Calorifique Supérieur (PCS) désigne l’énergie thermique libérée lors de la combustion complète d’une unité de combustible, incluant la chaleur latente de vaporisation de l’eau formée lors de la combustion. Le terme prend en compte l’énergie totale libérée, y compris celle nécessaire pour condenser la vapeur d’eau produite.
- Pouvoir Calorifique Inférieur (PCI) : ce terme ne prend pas en compte la chaleur latente de la vapeur d’eau. C’est généralement le terme utilisé pour estimer l’énergie directement utilisable.
- la chaleur dégagée par la combustion, appelée « chaleur sensible » ;
- la chaleur issue de la vapeur d’eau produite par la combustion est appelée « chaleur latente ». Cette vapeur peut être condensée et parfois ramenée à l’état liquide.
Comme l’indique la dénomination, le Pouvoir Calorifique Inférieur (PCI) d’un combustible est inférieur à son Pouvoir Calorifique Supérieur (PCS).
Quand un combustible (notamment les hydrocarbures, éléments composant les combustibles fossiles tels que le charbon et le gaz naturel, etc.) brûle en présence d’oxygène, une réaction chimique se produit. Dans le cas d’une réaction exothermique, des sous-produits sont formés, accompagnés par le dégagement de l’énergie sous forme de chaleur. Dans le cas des hydrocarbures, les sous-produits sont le dioxyde de carbone (CO₂) et de l’eau (H₂O) principalement. L’eau de combustion se retrouve généralement sous forme de vapeur. Deux conséquences sont à tirer pour nos systèmes énergétiques :
- L’eau de combustion transporte de la chaleur (chaleur latente) et joue un rôle clé dans le rendement énergétique des systèmes de chauffage et des moteurs. On cherchera à augmenter l’efficacité du chauffage en condensant cette vapeur d’eau pour en extraire « sa » chaleur et la rendre utile (on appelle cela la condensation des fumées). Par exemple, des chaudières à condensation utilisent cette technique.
- Le dioxyde de carbone émis par la combustion des hydrocarbures est un gaz à effet de serre (GES), ce qui signifie qu’il piège la chaleur dans l’atmosphère terrestre. Quand de grandes quantités de CO₂ sont libérées, la concentration de ce gaz dans l’atmosphère est augmentée. Cette augmentation de CO₂ amplifie l’effet de serre naturel, contribuant à une hausse des températures moyennes mondiales.
Tableau du pouvoir calorifique de certains gaz commerciaux
