Puissance calorifique – Energie calorifique

La puissance calorifique, appelée aussi pouvoir calorifique ou chaleur de combustion (chaleur calorifique), renvoie à la quantité d’énergie calorifique émise suite à la combustion totale d’un combustible (bois, gaz naturel, charbon, fioul, etc.). Il est à noter que plus elle est élevée, plus la chaleur rejetée suite à la combustion sera importante.

Quelle est l’utilité de connaître le pouvoir calorifique d’un combustible ?

Le pouvoir calorifique représente une donnée très pertinente à connaître afin de comparer l’efficacité de plusieurs sources d’énergie : diesel, fioul, gaz naturel, bûches de bois, propane, charbon, granulés, etc.

Sommaire

I. Puissance calorifique – Définition

La puissance calorifique renvoie à une grandeur thermodynamique, soit une grandeur physique qui est liée au comportement thermique des corps, particulièrement, des mouvements de chaleur.

La puissance calorifique est, en d’autres termes, la quantité d’énergie calorifique dégagée lorsque l’on brûle un combustible. On peut dire qu’il s’agit de la teneur en énergie du combustible qui est utilisé afin de chauffer une habitation.

La puissance calorifique est très souvent exprimée en kWh.

Par ailleurs, on peut rapprocher la définition du pouvoir calorifique des notions de PCI et PCS. Ces dernières servent à mesurer et évaluer le rendement des chaudières à gaz.

On distingue entre deux types de pouvoirs calorifiques :

• La puissance calorifique inférieure : elle prend en considération uniquement la combustion du gaz.
• Le pouvoir calorifique supérieur : il y ajoute la vapeur d’eau qui est produite puis réutilisée, à titre illustratif, dans les chaudières à combustion.

II. Le principe technique de la puissance calorifique

Le pouvoir calorifique est la quantité de chaleur dégagée lors d’une combustion complète d’une unité de masse ou de volume donné, dans des conditions de température et de pression normales.

III. Qu’est-ce que la combustion ?

La combustion correspond à une réaction chimique qui est relative à la combinaison entre une matière combustible, soit un comburant, particulièrement, le dioxygène de l’air, avec une énergie d’activation en quantité suffisante (une étincelle, une flamme, une source de chaleur, etc.). Son rôle est de déclencher la combustion. On appelle ces trois éléments le « triangle de feu ». La suppression de l’un d’entre eux est susceptible de causer l’arrêt du phénomène de combustion.
Par ailleurs, le contact des deux réactifs dans de bonnes conditions stœchiométriques (en d’autres termes, mélangés dans des bonnes proportions) et lorsqu’ils subissent une énergie d’activation (combustion complète), permet de dégager de la chaleur, du dioxyde de carbone et de l’eau.

En outre, la notion de puissance calorifique s’applique à plusieurs types de combustibles :

• Les gaz : méthane, éthylène, hydrogène, butane, propane, etc.
• Les combustibles liquides : fioul lourd, gasoil, benzène, fioul domestique, etc.
• Combustibles solides : houille, anthracite, bois en bûches, en briquettes ou en granulés, etc.

IV. Les unités de mesure de la puissance calorifique

On exprime le pouvoir calorifique en kilowattheures (kWh) ou en mégajoules (MJ), pour une unité de référence.

À savoir que 1 kilowattheure (kWh) = 3,6 mégajoules (MJ). Le kilowattheure renvoie à la quantité de chaleur qu’un système d’une puissance calorifique de 1 kilowatt dégage par heure.

L’unité de référence permettant le calcul du pouvoir peut être :

• Une masse (exprimée en kg ou en tonne) ;
• Un volume (exprimé en kWh/Nm3 ou en MJ/Nm3.

Remarque :

L’abréviation Nm3 renvoie au volume de référence « Normal Mètre Cube », appelé aussi « Mètre Cube Normal » ou « Normo Mètre Cube ».

V. La différence entre puissance calorifique (énergie calorifique) et puissance utile

Sur les systèmes à gaz, il y a généralement deux valeurs en matière de puissance : le pouvoir calorifique et la puissance utile.

La puissance calorifique (pouvoir calorifique, débit calorifique) est l’énergie qui permet le bon fonctionnement du générateur sur le long terme. C’est l’énergie entrante dans le système de chaudière. Quant à la puissance (puissance nominale) utile, elle renvoie à l’énergie disponible permettant de chauffer le fluide caloporteur (huile ou eau) qui va circuler par la suite dans le circuit de chauffage. C’est la quantité de chaleur qui est transportée vers le fluide par convection et/ou par rayonnement. On l’exprime en kilowatt (kW).

Pour récapituler, la différence entre les deux valeurs est liée au rendement du générateur.

Formules de calcul :

• Puissance calorifique (kW) = débit de gaz entrant (m3/h) × PCI (kWh/m3)
• Puissance utile = rendement * Puissance calorifique
• Rendement = Puissance utile / Puissance calorifique= puissance fournie / puissance absorbée

VI. Quelques autres définitions liées

VI.1. Le pouvoir calorifique supérieur (PCS)

Le pouvoir calorifique supérieur correspond à la quantité de chaleur qui est dégagée, à pression constante, lors de la combustion complète, soit de :

• Un mètre cube de gaz : on le mesure à 15 °C sous 1 013,25 mbar (NF EN 437). On l’exprime en kWh/Nm3 ou en pouvoir calorifique en volume (MJ/Nm3),
• Un kilogramme de gaz : on l’exprime en kWh/kg ou en pouvoir calorifique en masse (MJ/kg).

On utilise souvent cette grandeur aux États-Unis. En Europe et en France, on parle généralement du pouvoir calorifique inférieur.

Les composants du mélange combustible sont pris, dans les deux cas, secs et à 0 °C. En outre, les produits dégagés de la combustion sont ramenés à 0 °C. Par ailleurs, l’eau qui résulte de la combustion doit être ramenée à l’état liquide.

VI.2. Le pouvoir calorifique inférieur (PCI)

Le pouvoir calorifique inférieur indique que l’eau de combustion est à l’état de vapeur sous 1 013 mbar et à 0 °C.

Notez bien !

Le PCI est égal au PCS qui est diminué de la quantité de chaleur de l’eau (latente) des produits résultant de la combustion.

La différence entre PCS et PCI réside dans la prise en considération ou non de la chaleur latente qui provient de la vapeur d’eau produite lors de la combustion.

VI.3. Le débit calorifique nominal

C’est la quantité de combustible par rapport au PCS consommée dans une heure de fonctionnement continu du système.