Chapitre 3 – Combustion du carbone et des hydrocarbures | 1ère Bac Pro ICCER (Grpt 1) | Physique – Chimie | ⏱ 40 min
Dernière mise à jour : 15 juin 2026
💡 Notions centrales : leçon §5 (énergie thermique libérée par la combustion) + lien Ch01 §5 (rendement). Un moteur thermique convertit de la chaleur en travail, mais en perd une grande partie.
Karim, technicien de maintenance énergétique, entretient un module de cogénération au gaz installé dans la chaufferie d'une résidence. Ce module contient un moteur à combustion qui entraîne un alternateur : il produit à la fois de l'électricité et de la chaleur pour le chauffage. Karim doit expliquer aux copropriétaires pourquoi ce système est si performant.
Un moteur à combustion brûle un carburant (gaz, essence, gazole). La combustion libère de l'énergie thermique. Une partie devient du travail mécanique (rotation de l'arbre), le reste part en chaleur perdue (gaz d'échappement chauds + circuit de refroidissement).
Équation de combustion du méthane : \(\mathrm{CH_4 + 2\,O_2 \to CO_2 + 2\,H_2O}\).
D'après le Document 1, en quoi se transforme l'énergie thermique libérée par la combustion dans un moteur ? Citer les deux destinations de cette énergie.
L'énergie thermique de la combustion se transforme en :
Vérifier, à partir du Document 3, que brûler 10 m³ de gaz naturel libère bien 100 kWh d'énergie.
Énergie = volume × PCI = \(10\ \text{m}^3 \times 10\ \text{kWh/m}^3 = \mathbf{100\ \text{kWh}}\). ✓
Le moteur seul produit 35 kWh d'électricité à partir de 100 kWh de gaz. Calculer son rendement électrique \(\eta = \dfrac{\text{énergie utile}}{\text{énergie consommée}}\).
\(\eta = \dfrac{35}{100} = 0{,}35 = \mathbf{35\,\%}\).
Seulement 35 % de l'énergie du gaz devient de l'électricité utile.
Si la chaleur n'était pas récupérée, quelle quantité d'énergie serait perdue par heure ? Calculer aussi le pourcentage perdu.
Énergie perdue = \(100 - 35 = \mathbf{65\ \text{kWh}}\) par heure, soit 65 % de l'énergie du gaz.
C'est énorme : un moteur thermique « gaspille » environ deux tiers de l'énergie en chaleur.
Dans la simulation, regarde le bilan « où va l'énergie brûlée ? ». Sous quelles formes la chaleur est-elle perdue dans un moteur ? Relie cela aux 4 temps observés.
La chaleur perdue part principalement :
Sur les 4 temps, seul le 3ᵉ (combustion-détente) produit du travail ; les autres consomment ou évacuent de l'énergie. D'où le rendement limité.
Dans le module de cogénération (Document 2), on récupère 50 kWh de chaleur en plus des 35 kWh d'électricité. Calculer le rendement global (électricité + chaleur utiles) sur 100 kWh de gaz.
Énergie utile totale = électricité + chaleur = \(35 + 50 = 85\ \text{kWh}\).
\(\eta_{global} = \dfrac{85}{100} = 0{,}85 = \mathbf{85\,\%}\).
En récupérant la chaleur, on passe d'un rendement de 35 % à 85 %.
Comparer : produire séparément l'électricité (moteur 35 %) et la chaleur (chaudière 90 %), ou utiliser un module de cogénération. Pourquoi la cogénération est-elle intéressante ?
La cogénération produit l'électricité ET le chauffage en même temps, en réutilisant la chaleur qui serait sinon perdue par le moteur.
Au lieu de gaspiller 65 % de l'énergie, on en valorise 85 %. On économise donc du gaz et on réduit les émissions de CO₂, tout en couvrant deux besoins (électricité + chaleur) avec un seul combustible.
Rédiger en 4 à 5 lignes l'explication de Karim aux copropriétaires : pourquoi un moteur seul a un faible rendement, et ce que la cogénération apporte (avec les chiffres).
« Un moteur thermique transforme seulement environ 35 % de l'énergie du gaz en électricité : les deux tiers partent en chaleur (échappement, refroidissement). Notre module de cogénération récupère cette chaleur pour le chauffage de la résidence. Au total, sur 100 kWh de gaz, on valorise 35 kWh d'électricité + 50 kWh de chaleur, soit un rendement global de 85 %. On utilise donc presque toute l'énergie du gaz, au lieu de la gaspiller : c'est plus économique et plus écologique. »
Le moteur à combustion et la pompe à chaleur sont deux machines thermiques inverses. Compléter : le moteur reçoit de la ____ et produit du ____ ; la pompe à chaleur reçoit du ____ (électricité) et déplace de la ____. (Utilise la simulation de la climatisation/PAC pour comparer.)
Le moteur reçoit de la chaleur (combustion) et produit du travail (mouvement).
La pompe à chaleur reçoit du travail (électricité du compresseur) et déplace de la chaleur (de la source froide vers la source chaude).
Ce sont deux fonctionnements opposés : l'un convertit la chaleur en travail, l'autre utilise du travail pour transporter la chaleur.
Réponse à la problématique : un moteur thermique ne convertit qu'environ 35 % de l'énergie du carburant en travail, car la majorité part en chaleur (échappement, refroidissement). La cogénération récupère cette chaleur pour le chauffage, ce qui fait monter le rendement global à environ 85 %.
📚 Cette activité s'appuie sur §5 (énergie thermique de combustion) de la leçon Ch03 et sur la notion de rendement (Ch01 §5).