Pouvoir calorifique - Définition

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Introduction

Le pouvoir calorifique ou chaleur de combustion (noté ΔcH0, en anglais Heating Value) d'un matériau combustible est l'enthalpie de réaction de combustion par unité de masse. C'est l'énergie dégagée sous forme de chaleur par la réaction de combustion par l'oxygène (autrement dit la quantité de chaleur). Le plus souvent, on considère un hydrocarbure réagissant avec le dioxygène de l'air pour donner du dioxyde de carbone, de l'eau et de la chaleur.

Elle est exprimée en général en kilojoule par kilogramme (noté kJ/kg ou kJ·kg-1), mais on rencontre également le pouvoir calorifique molaire (en kilojoule par mole, kJ/mol) ou le pouvoir calorifique volumique (en kilojoule par litre, kJ/L). Pour le gaz naturel, il est exprimé en kilowattheure par normaux mètre cube (noté kWh/Nm³).

Il existe deux types de pouvoir calorifique :

  • pouvoir calorifique supérieur (PCS) : C'est l’énergie thermique libérée par la réaction de combustion d'un kilogramme de combustible. Cette énergie comprend la chaleur sensible, mais aussi la chaleur latente de vaporisation de l'eau, généralement produite par la combustion. Cette énergie peut être entièrement récupérée si la vapeur d'eau émise est condensée, c'est-à-dire si toute l'eau vaporisée se retrouve finalement sous forme liquide.
  • pouvoir calorifique inférieur (PCI) : C'est l’énergie thermique libérée par la réaction de combustion d'un kilogramme de combustible sous forme de chaleur sensible, à l'exclusion de l’énergie de vaporisation (chaleur latente) de l'eau présente en fin de réaction.

Le rendement d'une chaudière s'exprime comme le rapport entre la chaleur récupérée par la chaudière et la chaleur libérée par le combustible consommé. Or, le PCI est, par définition, toujours inférieur au PCS. Ceci explique pourquoi il est possible d'entendre parler de rendements de chaudières à condensation supérieurs à 100 %. Dans ce cas, le rendement est calculé à partir du PCI, ce qui "gonfle" artificiellement le rendement affiché. Ce procédé, permet de réellement comparer tous les types de chaudières (à condensation ou non) sur un pied d'égalité. Par contre, le calcul du rendement à partir du PCI n'est pas des plus honnêtes et une valeur supérieure à 100 % n'a aucun sens physique. Le rendement calculé sur PCS - qui est toujours inferieur à 100 % - devrait être utilisé pour évaluer les rendements de toutes les chaudières.


Par extension, il est possible de parler de PCS pour tout matériau pouvant libérer de l'énergie sous forme de chaleur, même si la réaction libérant cette énergie n'est pas une réaction de combustion, en particulier, pour les matières radioactives utilisées pour la production de chaleur (on parle aussi, par extension, de combustible nucléaire). Dans ce cas PCI et PCS désignent respectivement l'énergie thermique théoriquement récupérable avec des techniques classiques (chaudière simple, réaction de fission de l'uranium enrichi) et avec des techniques avancées (chaudière à condensation, réaction de fission par neutrons rapide (surgénération)).

Pouvoir calorifique de quelques combustibles

Pouvoir calorifique moyen :

Combustible MJ/kg kJ/L BTU/lb kJ/mol
Dihydrogène 141,79 12,75 61 000 286
Essence 47,3 35 475 20 400 ---
Gazole (carburant Diesel) 44,8 38 080 19 300 ---
Éthanol 29,7 21 300 12 800 1 300
Propane 50,35 2 219
Butane 49,51 20 900 2 800
Bois 15 --- 6 500 ---
Charbon 15-27 --- 8 000 - 14 000 ---
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