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Quel est le pouvoir calorifique inférieur (PCI) du gaz naturel ?

Indispensable pour mesurer le potentiel énergétique d’un combustible, le pouvoir calorifique est une référence utilisée par les consommateurs comme les professionnels de l’énergie. Il est notamment très employé pour le gaz naturel. Définition, conversion et utilité, Choisir.com vous détaille tout sur le pouvoir calorifique du gaz naturel.

PCI gaz naturel

Définition du pouvoir calorifique

Le pouvoir calorifique, qu’on nomme aussi « chaleur de combustion », définit la quantité d’énergie générée par la combustion d’un combustible. Plus sa puissance sera élevée, plus elle générera de chaleur. Les combustibles concernés se retrouvent dans tous les états :

  • gazeux, comme le propane, le butane ou le méthane ;
  • liquides, comme le fioul domestique utilisé pour les chaudières ;
  • solides, comme le bois (en bûches, en granulés ou en briquettes).

Pour exprimer cette transformation, on utilise plusieurs valeurs.

Les valeurs utilisées pour connaître le pouvoir calorifique

Le pouvoir calorifique se calcule soit en kWh (kilowattheure), soit en mégajoules (MJ).

1 kWh = 3,6 MJ

Les conditions de mesure d’une puissance calorifique doivent être les suivantes :

  • la combustion doit être complète (tout le combustible doit être consommé) ;
  • la pression doit être de 1,01325 bar (correspondant à la pression atmosphérique au niveau de la mer) ;
  • la température du gaz et de l’air doit être de 0 °C.

D’un côté, nous avons donc une puissance (calculée en kWh ou en MJ). De l’autre, nous avons un combustible mesuré selon sa masse ou son volume :

  • pour la masse, on utilise le kilogramme (kg) ou la tonne (t) ;
  • pour le volume, on utilise le mètre cube (m3).

Masse ou volume, le pouvoir de combustion du gaz se calcule dans les deux cas. On utilisera alors les unités de mesure suivantes :

Pouvoir calorifiqueEn kilowattheureEn mégajoule
MassiquekWh/kg ou KWh/tMJ/kg ou MJ/t
VolumiqueKWh/Nm3MJ/Nm3

Que veut dire « Nm³ » ?

Ce volume de référence a plusieurs noms : le « Normal mètre cube », le « Normo mètre cube » ou encore le « Mètre cube normal ». Il correspond au volume de 1 m³ de gaz sans eau dans les conditions de mesure évoquées précédemment.

Nous avons pris connaissance des rapports de puissance/poids ou puissance/volume qui nous serviront à bien comprendre le fonctionnement du pouvoir calorifique. On distingue d’ailleurs deux types de puissances calorifiques :

  • le pouvoir calorifique inférieur (PCI) ;
  • le pouvoir calorifique supérieur (PCS).

Quelles différences entre le pouvoir calorifique inférieur et supérieur ?

Le pouvoir calorifique représente de l’énergie. Mais pourquoi peut-elle être « inférieure » ou « supérieure » ? Tout dépend d’un facteur présent dans de nombreux combustibles : l’eau.

Durant la combustion, le combustible se consume et crée de la chaleur. À l’air libre, cette chaleur s’évapore. Mais qu’advient-il des combustibles qui contiennent de l’eau ? Lors de la combustion, cette eau aussi se condense en vapeur d’eau et crée aussi de l’énergie. C’est ce qu’on appelle la « chaleur latente ».

Cette chaleur latente est une énergie à part entière, au même titre que la chaleur créée par la combustion d’un gaz. Inexploitée, elle n’est pas calculée. On parle alors de pouvoir calorifique inférieur (PCI). Par contre, si elle est exploitée comme c’est le cas dans les chaudières à condensation, alors on parle de pouvoir calorifique supérieur (PCS) du combustible.

En résumé :

Type de pouvoir calorifiqueAcronymePrise en compte de la chaleur latenteRégion où l’on utilise le plus
InférieurPCIEn France et en Europe
SupérieurPCS✔️Aux États-Unis

Comment convertir le PCI en PCS ?

La méthode de calcul pour obtenir le PCS à partir du PCI est simple puisque la seule différence qui réside entre les deux est la chaleur latente. On obtient donc la méthode de calcul suivante :

PCS = PCI + chaleur latente

La chaleur latente n’est pas une donnée inconnue. Sa valeur est de 2 511 kJ /kg. Ce qui signifie que pour vaporiser 1 kg d’eau, il faut 2 511 kJ de chaleur.

Maintenant que vous connaissez les bases sur le pouvoir calorifique, allons plus en détail sur celui du combustible qui nous intéresse : le gaz naturel.

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Le pouvoir calorifique du gaz naturel

Le gaz naturel n’est pas à confondre avec le gaz de ville, où leurs différences sont résumées dans notre article « Gaz de ville ou gaz naturel ». Pour faire simple, si vous avez un contrat de gaz pour votre logement et que votre logement est raccordé au réseau géré par le gestionnaire GRDF : vous consommez du gaz naturel.

En France, on trouve deux types de gaz naturel : le gaz B et le gaz H. Le lieu de provenance n’est pas la seule différence qui sépare ces deux gaz.

Type de gazDénominationTeneur en azote (N)DistributionOrigine
Gaz BBas pouvoir calorifiqueRicheMoitié nord de la FranceGroningue (Pays-Bas)
Gaz HHaut pouvoir calorifiquePauvreTout le reste du paysMer du Nord, Russie et Algérie
Particularités chimiques et géographiques des gaz B et H

À noter que les contrats d’approvisionnement entre la France et les Pays-Bas se terminent en 2029. Motif : épuisement du gisement naturel. « 1,3 million de foyers et une centaine de clients industriels » sont concernés par un changement de gaz, « qui s’étendra de 2012 à 2029 » selon GRDF. Une bonne nouvelle pour ces consommateurs qui connaissent des hivers plus rudes que dans le reste de la France et qui seront alimentés en gaz H, plus calorifique et donc plus performant.

Qu’est-ce que signifie concrètement « bas » et « haut » pouvoir calorifique ? Cela réside dans leur PCI, qui sont eu aussi différents en raison de leur teneur en azote :

Type de gazFourchette de PCI
(en kWh/m³(n))
Fourchette de PCS
(en kWh/m³(n))
Gaz BEntre 8,4 et 9,3Entre 9,5 et 10,5
Gaz HEntre 9,5 et 11,3entre 10,7 et 12,8
Particularités calorifiques des gaz B et H

La composition du gaz naturel

Le gaz naturel est composé de 4 hydrocarbures gazeux :

  • méthane (CH4) ;
  • éthane (C2H6) ;
  • propane (C3H8) ;
  • butane (C4H10).

La teneur en méthane et autres hydrocarbures dépend du lieu de son gisement naturel.

Teneur en hydrocarbures gazeuxFrigg
(Mer du Nord)
Lacq
(France)
Urengoï
(Russie)
Hassi R’Mel
(Algérie)
Groningue
(Pays Bas)
Méthane95,7 %69,2 %98 %83,5 %81,3 %
Éthane3,6 %Entre 3,3 et 3,6 %NC7,9 %2,9 %
Propane0,04 %Entre 1 et 1,2 %2,1 %0,4 %
Butane0,01 %Entre 0,6 et 0,9 %1 %0,2 %
Source : L’élémentarium

Le gaz naturel est celui qui arrive chez vous par raccordement. Si vous avez un robinet d’arrivée de gaz, alors votre logement consomme du gaz naturel.

Mais le gaz domestique peut être consommé par d’autres façons. C’est notamment le cas pour le propane et le butane, qui sont des gaz de pétrole liquéfiés (GPL). La distribution et la consommation sont différentes du gaz naturel, puisque le gaz naturel ne peut être stocké ni en bouteille, ni en citerne.

Type de gazGaz par réseauGaz en bouteilleGaz en citerne
Gaz naturel✔️
Propane✔️✔️
Butane✔️

Ainsi, le gaz en bouteille sera plutôt utilisé pour de la cuisson (gazinière, barbecue, etc.) tandis que le gaz en citerne (propane) sera plutôt consommé pour du chauffage.

Autre caractéristique : le stockage. Le propane a une température d’ébullition de -44 °C alors que celle du butane est de 0 °C. Il peut donc plus facilement être stocké à l’extérieur tandis que le butane est conseillé pour un usage à l’intérieur. De plus, il est aussi question de sécurité puisque le gaz propane est bien plus lourd que le butane et le gaz naturel.

Type de gazMasse volumique
Gaz naturel0,8 kg/m3
Propane493 kg/m3
Butane2,48 kg/m3

Plus un gaz est léger, plus il monte dans les airs en cas de fuite. C’est notamment pour cette raison que le gaz naturel est utilisé sur le réseau car les risques d’explosion sont moins grands.

Comment consommer du gaz naturel ?

Pour brancher un appareil fonctionnant au gaz (chaudière, plaque de cuisson) directement au réseau, il vous faut deux éléments : un robinet d’arrivée de gaz et un tuyau.

Le pouvoir calorifique selon le type de gaz

Qui dit gaz différent dit propriétés différentes et donc pouvoir calorifique différent, comme démontré dans le tableau ci-dessous :

Combustibles gazeuxPCI
(kWh/Nm3)
Butane30,5 kWh/Nm3
Propane23,7 kWh/Nm3
Gaz naturel9,6 kWh/Nm3
Source : Econologie.com

Pour calculer le PCS de ces gaz, on utilise les coefficients de conversion suivants :

Type de gazCoefficient de conversion
PCI → PCSPCS → PCI
GPL1,0870,92
Gaz naturel1,1110,89
Source : ADEME

Ce qui nous donne les valeurs suivantes :

Combustibles gazeuxPCI
(kWh/Nm3)
PCS
(kWh/Nm3)
Butane30,5 kWh/Nm333,2 kWh/Nm3
Propane23,7 kWh/Nm325,8 kWh/Nm3
Gaz naturel9,6 kWh/Nm310,7 kWh/Nm3

Comment expliquer une telle différence entre ces gaz ? La réponse est simple : cela dépend de leur proportion d’atomes d’hydrogène (H) par molécule.

En effet, le gaz naturel continent beaucoup de méthane (CH4), dont la molécule est composée d’un atome de carbone et quatre d’hydrogène. Lors de la combustion, l’hydrogène (H), au contact de l’oxygène (O), forme de l’eau. Plus il y a d’atomes d’hydrogène, plus la condensation générera de la vapeur d’eau et donc de la chaleur latente.

Combustibles gazeuxComposition chimiqueNombre d’atomes d’hydrogène par molécule
ButaneC4H1010
PropaneC3H88
MéthaneCH44

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Quelle est l’utilité du pouvoir calorifique du gaz naturel ?

PCI et PCS ont une double utilité : comparer à la fois les combustibles et les appareils de chauffage.

Comparer les combustibles

Première utilité du pouvoir calorifique d’un combustible : comparer les différentes énergies. Grâce à cette donnée, on peut facilement savoir si 1 m³ de gaz naturel produira plus de chaleur que 1 m³ de pellets de bois ou 1 m³ de fioul. C’est d’ailleurs à cette question que notre article sur le pouvoir calorifique répondait.

Si vous êtes actuellement en train de comparer les appareils de chauffage et que vous hésitez entre une chaudière à condensation à fioul ou à gaz, comparer leurs pouvoirs calorifiques respectifs vous permettra de savoir qui du gaz ou du fioul sera le plus performant.

À noter que d’autres facteurs peuvent influer sur le pouvoir calorifique du gaz naturel :

  • la température : plus elle est haute, plus les molécules sont rapides et plus la pression est élevée ;
  • l’humidité de l’air : plus il est humide, plus il contient d’eau ;
  • la pression atmosphérique : plus elle est basse, moins le gaz est dense.

Comparer les appareils de chauffage

Dans le cas du gaz naturel, il permet de calculer le rendement d’une chaudière à gaz. On trouve plusieurs types de chaudières, comme :

Les quatre premières n’exploitent pas de la condensation pour créer de la chaleur. Le PCS n’est donc pas une donnée qui peut leur être appliquée et leur rendement (rapport entre chaleur récupérée par l’appareil et celle créée par la combustion du combustible) ne peut pas dépasser 100 %. Seul le PCI peut être appliqué.

Cela donne par exemple :

Type de chaudièreRendement minimumRendement maximum
Standard80 %93 %
Basse température90 %95 %
Biomasse70 %95 %
Hybride+ 100 %*200 %*
*Grâce au cumul de la pompe à chaleur et de la chaudière à gaz en condensation.

Comment faire pour atteindre un rendement de 100 % ? L’équation est simple :

1 kWh de chaleur produite = 1 kWh de gaz consommé

Dans le cas de la chaudière à condensation, c’est totalement différent puisque la condensation – et donc la chaleur latente – est exploitée. C’est là que peut s’appliquer le PCS et c’est pour cette raison que l’on trouve des chaudières à condensation avec un rendement supérieur à 100 %.

Quel est le rendement moyen d’une chaudière à condensation ?

Dans le commerce, ce rendement est d’environ 110 %.

Pour connaître le rendement d’une chaudière, reportez-vous sur la documentation. Vous y trouverez un pourcentage en PCI et/ou en PCS.

En résumé :

  • le pouvoir calorifique, qu’on nomme aussi « chaleur de combustion », définit la quantité d’énergie générée par la combustion d’un combustible ;
  • on utilise deux pouvoirs calorifiques : le PCI (pouvoir calorifique inférieur) et le PCS (pouvoir calorifique supérieur). Ce qui diffère entre les deux : la prise en compte de la chaleur latente, la chaleur crée par la condensation d’eau. Plus le pouvoir calorifique est élevé, plus le combustible crée de la chaleur ;
  • le butane a le pouvoir calorifique le plus élevé, suivi du propane et du gaz naturel ;
  • le pouvoir calorifique est utilisé pour comparer les combustibles et les appareils de chauffage.

Avec des rendements supérieurs à 100 %, la chaudière à condensation s’apparente comme solution plus qu’intéressante en matière de chauffage. Peut-être est-ce le temps d’envisager quelques travaux visant à améliorer la performance énergétique de votre logement ? Et pourquoi ne pas changer de fournisseur de gaz en même temps ? Comparez les différentes offres via notre comparateur de gaz en ligne ou contactez-nous pour réaliser une étude de vos besoins. C’est simple et gratuit.

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