Contexte professionnel — Remplacement d'une chaudière fioul
Un installateur thermique propose à un client de remplacer sa chaudière fioul par une pompe à chaleur air-eau. Le client demande : « Quel sera l'impact sur mon bilan carbone ? On me dit que l'électricité en France est propre, c'est vrai ? »
2. Facteurs d'émission de CO2
Tableau — Facteurs d'émission en France
Énergie
kg CO2 / kWh
Remarque
Gaz naturel
0,227
Combustion + extraction
Fioul domestique
0,324
Le plus polluant des fossiles
Électricité France (moyenne)
0,052
Nucléaire + renouvelable
Bois / granulés
0,030
Considéré quasi-neutre
Source : ADEME, Base Carbone (valeurs simplifiées).
Formule
\[ \text{CO}_2 = E_{\text{consommée}} \times f \]
\(E\) : énergie consommée en kWh (gaz, fioul, électricité)
\(f\) : facteur d'émission en kg CO2/kWh
Pour une PAC de COP = 3 : \(E_{\text{élec}} = E_{\text{utile}} / \text{COP}\)
Exemple — Maison 15 000 kWh/an
Solution
E consommée
CO2 (kg/an)
Fioul (η=85%)
17 647 kWh
5 718
Gaz (η=105%)
14 286 kWh
3 243
PAC (COP=3)
5 000 kWh élec
260
La PAC émet 22 fois moins de CO2 que le fioul et 12 fois moins que le gaz.
À retenir
CO2 = énergie consommée × facteur d'émission
Électricité France = 0,052 kg/kWh (très basse grâce au nucléaire)
Gaz = 0,227 kg/kWh — Fioul = 0,324 kg/kWh
PAC (COP 3) + électricité France = solution la moins émettrice
Exercices
Exercice 1Calculer des émissions (guidé)Socle
a) 10 000 kWh gaz × 0,227 = … kg CO2 b) 5 000 kWh élec × 0,052 = … kg CO2 c) 8 000 kWh fioul × 0,324 = … kg CO2
Correction : a) 2 270 kg b) 260 kg c) 2 592 kg
Exercice 2Classer les énergies (guidé)Socle
Classer du moins polluant au plus polluant : gaz, fioul, électricité France, bois.
Correction : Bois (0,030) < Électricité (0,052) < Gaz (0,227) < Fioul (0,324)
Exercice 3Convertir en tonnes (guidé)Socle
a) 3 200 kg = … t b) 520 kg = … t c) 45 kg = … t
Correction : a) 3,2 t b) 0,52 t c) 0,045 t
Exercice 4PAC vs radiateur électrique (guidé)Socle
Besoins : 12 000 kWh/an. a) Radiateur électrique (COP = 1) : Eélec = … kWh → CO2 = … kg b) PAC (COP = 3) : Eélec = … kWh → CO2 = … kg c) La PAC émet combien de fois moins ?
Correction : a) E = 12 000 kWh → CO2 = 12 000 × 0,052 = 624 kg b) E = 4 000 kWh → CO2 = 4 000 × 0,052 = 208 kg c) 3 fois moins (= COP)
Exercice 5Remplacement fioul → PACStandard
Maison chauffée au fioul : 2 000 L/an (PCI = 10 kWh/L, η = 85 %). On remplace par une PAC (SCOP = 3,2).
1. Besoins utiles. 2. E élec PAC. 3. CO2 avant et après. 4. Réduction en tonnes et en %.
Voiture : 120 g CO2/km. Réduction de 6,2 t CO2 (exercice 5).
1. À combien de km en voiture cela correspond-il ? 2. À combien de tours de la Terre (40 000 km) ?
Correction : 1. 6 200 000 / 120 = 51 667 km 2. 51 667 / 40 000 = 1,3 tour de la Terre
Exercice 74 solutions comparéesStandard
Besoins : 18 000 kWh/an. Compléter le tableau :
Solution
Rendement/COP
E consommée
CO2 (kg)
Coût (€/an)
Fioul (η=85%)
0,85
…
…
… (1,20 €/L)
Gaz condensation
1,05
…
…
… (0,12 €/kWh)
PAC air-eau
COP 3
…
…
… (0,25 €/kWh)
Poêle à granulés
0,90
…
…
… (0,08 €/kWh)
Correction : Fioul : E = 18 000/0,85 = 21 176 kWh = 2 118 L. CO2 = 21 176 × 0,324 = 6 861 kg. Coût = 2 118 × 1,20 = 2 541 € Gaz : E = 17 143 kWh. CO2 = 3 891 kg. Coût = 2 057 € PAC : E = 6 000 kWh élec. CO2 = 312 kg. Coût = 1 500 € Granulés : E = 20 000 kWh. CO2 = 20 000 × 0,030 = 600 kg. Coût = 20 000 × 0,08 = 1 600 €
Exercice 8Bilan sur 20 ansApprofondissement
Reprendre les résultats de l'exercice 7. Durée de vie des équipements : 20 ans. Coût d'installation (aides déduites) :
• Fioul : 5 000 € • Gaz : 4 000 € • PAC : 8 000 € • Granulés : 6 000 €
1. Coût total sur 20 ans (installation + fonctionnement) pour chaque solution. 2. CO2 total sur 20 ans pour chaque. 3. Quelle solution est la meilleure en coût ? En CO2 ?
Correction : 1. Fioul : 5 000 + 20×2 541 = 55 820 €. Gaz : 4 000 + 20×2 057 = 45 140 €. PAC : 8 000 + 20×1 500 = 38 000 €. Granulés : 6 000 + 20×1 600 = 38 000 € 2. Fioul : 20×6 861 = 137 t. Gaz : 78 t. PAC : 6,2 t. Granulés : 12 t 3. Coût : PAC et granulés ex æquo (38 000 €). CO2 : PAC (6,2 t, 22 fois moins que le fioul).
Exercice 9Électricité France vs AllemagneApprofondissement
Le facteur d'émission de l'électricité varie selon le pays :
• France : 0,052 kg CO2/kWh (nucléaire)
• Allemagne : 0,385 kg CO2/kWh (charbon + gaz)
PAC de COP = 3, besoins = 15 000 kWh/an.
1. Calculer les émissions CO2 de la PAC en France et en Allemagne. 2. En Allemagne, la PAC est-elle toujours meilleure qu'une chaudière gaz (0,227 kg/kWh) ? 3. Quel COP minimum faudrait-il en Allemagne pour que la PAC émette moins que le gaz ?
Correction : 1. France : 5 000 × 0,052 = 260 kg. Allemagne : 5 000 × 0,385 = 1 925 kg 2. Gaz : 15 000/1,05 × 0,227 = 3 243 kg. PAC Allemagne : 1 925 kg. Oui, la PAC reste meilleure (1 925 < 3 243). 3. COPmin tel que E×0,385 < 15 000/1,05 × 0,227 → (15 000/COP)×0,385 < 3 243 → COP > 15 000×0,385/3 243 = 1,78. Avec un COP ≥ 1,8, la PAC est meilleure même avec l'électricité allemande.
Rédiger un argumentaire (5–8 lignes) pour un installateur thermique qui veut convaincre un client de passer du fioul à la PAC. Inclure 3 données chiffrées et les notions de CO2, coût et aides financières.
Exemple : « En remplaçant votre chaudière fioul par une pompe à chaleur air-eau, vous réduisez vos émissions de CO2 de 96 % (de 6,5 tonnes à seulement 260 kg par an). Votre facture de chauffage passe de 2 500 € à 1 500 € par an, soit 1 000 € d'économie. Avec les aides MaPrimeRénov' et les CEE, l'installation d'une PAC coûte environ 8 000 € après déduction, rentabilisés en 8 ans. Sur 20 ans, vous économisez 17 000 € et évitez l'émission de plus de 130 tonnes de CO2. De plus, la chaudière fioul sera interdite à l'installation dans le neuf — anticiper le changement valorise votre bien immobilier. »