Le pouvoir calorifique

On rappelle que l’énergie molaire de réaction :

• permet de déterminer l’énergie libérée lors d’une réaction chimique, pour une mole de réactif donnée ;
  
• permet de comparer l'efficacité de deux combustibles entre eux ;
  
• est exprimée en \(\mathrm{kJ\cdot mol^{-1}}\) ;
• est négative pour une combustion ;
• s'estime, pour un combustible à l'état gazeux, à l'aide des valeurs des énergies de liaison.

À l’échelle industrielle, on préfère raisonner en comparant l'énergie récupérable lors de la combustion d’une masse de combustible donnée, souvent en kilogrammes. C’est pourquoi on utilise une autre grandeur : le pouvoir calorifique, noté \(PC\).

Le pouvoir calorifique correspond à l’énergie thermique libérée lors de la combustion complète d’un kilogramme de combustible, quel que soit son état physique. Ce changement de point de vue est intéressant car, cette fois, cela revient à prendre en compte l'énergie reçue par le milieu extérieur. On manipule ainsi des grandeurs positives (et non plus négatives comme l'énergie de réaction).

Le pouvoir calorifique est souvent exprimé en \(\mathrm{MJ\cdot kg^{-1}}\) et permet d’évaluer concrètement :

• le rendement énergétique d’un procédé ;
• les coûts de production, en optimisant la quantité de combustible utilisée ;
• le respect des contraintes réglementaires, notamment en anticipant les rejets de \(\mathrm{CO_2}\) liés à la combustion.

L'énergie thermique \(Q\) libérée vers l'extérieur par la combustion d'une masse \(m\) de combustible peut se calculer par la relation : \(Q=m×PC\) avec :

• \(Q\) : l'énergie libérée vers l'extérieur, en \(\mathrm{J}\) ; 
  
• \(m\) : la masse de combustible utilisé, en \(\mathrm{kg}\) ;
  
• \(PC\) : le pouvoir calorifique du combustible, en \(\mathrm{ J\cdot kg^{-1}}\) ou par commodité en  \(\)\(\mathrm{ MJ\cdot kg^{-1}}\).

Pouvoir calorifique de quelques combustibles courants : 

`\begin{array}{|c|c|} \hline \textbf{Combustible}& \textbf{Pouvoir calorifique (PC)}\\\hline \textrm{Méthane} &55,6\ \textrm{MJ}\cdot \textrm{kg}^{-1}\\ \hline \textrm{Butane} &47,6\ \textrm{MJ}\cdot \textrm{kg}^{-1}\\ \hline \textrm{Essence} &42,5\ \textrm{MJ}\cdot \textrm{kg}^{-1}\\ \hline \textrm{Gazole} &44,5\ \textrm{MJ}\cdot \textrm{kg}^{-1}\\ \hline \textrm{Paraffine} &46,0\ \textrm{MJ}\cdot \textrm{kg}^{-1} \\ \hline\textrm{Éthanol} &29,7\ \textrm{MJ}\cdot \textrm{kg}^{-1} \\ \hline\textrm{Charbon} &28,0\ \textrm{MJ}\cdot \textrm{kg}^{-1} \\ \hline\textrm{Bois} &17,5\ \textrm{MJ}\cdot \textrm{kg}^{-1}\\\hline \end{array}`

Exemple

Calculer l'énergie libérée par la combustion complète de 10,0 kg de bois.

\(Q=m×PC=10,0\ \mathrm{kg}\times17,5\ \frac{\mathrm{MJ}}{\mathrm{kg}}=175\ \mathrm{MJ}\). L'énergie que libère la combustion complète de 10,0 kg de bois est de 175 MJ.

Exercice

Calculer l'énergie libérée par la combustion complète d'un volume \(V=10,0\ \mathrm{L}\) de gazole, sachant que sa masse volumique est \(\rho=0,85\ \mathrm{kg\cdot L^{-1}}\).