Chapitre 3 – Combustion | 1ère Bac Pro ICCER (Grpt 1) | Physique – Chimie | ⏱ 40 min
Dernière mise à jour : 7 mai 2026, format manuel scolaire
💡 Notions centrales : leçon §2 (combustion complète), §4 (équilibrage), §5 (PCI) et §6 (CO₂). \(\text{CH}_4 + 2\,\text{O}_2 \rightarrow \text{CO}_2 + 2\,\text{H}_2\text{O}\). 1 kg de CH₄ → 2,75 kg de CO₂.
Inès, conseillère énergétique chez « Effy » à Rennes, réalise un audit RGE chez M. Petit qui veut comprendre l'impact climatique de sa chaudière gaz à condensation. La maison de 110 m² est chauffée au gaz naturel (méthane principalement). M. Petit hésite à passer à une pompe à chaleur en 2027 et veut chiffrer son empreinte carbone actuelle.
| Grandeur | Valeur |
|---|---|
| Formule chimique | CH₄ (méthane) |
| Masse molaire M(CH₄) | 16 g/mol |
| Masse molaire M(CO₂) | 44 g/mol |
| Masse volumique du gaz à 15 °C, 1 bar | 0,72 kg/m³ |
| Pouvoir calorifique inférieur (PCI) | 10 kWh/m³ ≈ 13,9 kWh/kg |
| Tarif gaz naturel résidentiel 2026 | 0,11 €/kWh PCI |
Compléter et équilibrer l'équation de combustion complète du méthane dans le dioxygène :
… CH₄ + … O₂ → … CO₂ + … H₂O
Vérifier la conservation de chaque type d'atome (C, H, O).
1 CH₄ + 2 O₂ → 1 CO₂ + 2 H₂O
Vérification :
D'après l'équation, lorsque 1 mole de CH₄ brûle, combien de moles de CO₂ se forment ?
Calculer alors la masse de CO₂ formée par combustion d'1 kg de méthane (M(CH₄) = 16 g/mol, M(CO₂) = 44 g/mol).
D'après l'équation : 1 mole de CH₄ → 1 mole de CO₂.
Nombre de moles dans 1 kg de CH₄ : n = m / M = 1 000 / 16 = 62,5 mol
Donc 62,5 mol de CO₂ produites.
Masse de CO₂ : m(CO₂) = n × M(CO₂) = 62,5 × 44 = 2 750 g = 2,75 kg
Règle simple : 1 kg de méthane brûlé → 2,75 kg de CO₂ émis. (rapport 44/16 des masses molaires)
La chaudière de M. Petit fournit 13 860 kWh/an de chaleur utile, avec un rendement η = 95 %. Calculer l'énergie chimique apportée par le gaz (en kWh PCI) puis le volume de gaz consommé (PCI = 10 kWh/m³).
Énergie chimique nécessaire : Egaz = Eutile / η = 13 860 / 0,95 ≈ 14 590 kWh PCI/an
Volume de gaz : V = E / PCI = 14 590 / 10 = 1 459 m³/an
Soit ≈ 4 m³/jour en moyenne (saison + hors saison).
Convertir le volume de gaz consommé en masse (à l'aide de la masse volumique 0,72 kg/m³). Puis en déduire la masse annuelle de CO₂ émise par la chaudière (avec le rapport 2,75 trouvé en Q2).
Masse de gaz : m(CH₄) = V × ρ = 1 459 × 0,72 ≈ 1 050 kg/an
Masse de CO₂ émise : m(CO₂) = 2,75 × m(CH₄) = 2,75 × 1 050 ≈ 2 890 kg/an ≈ 2,9 tonnes/an
Soit l'équivalent CO₂ d'environ 14 000 km parcourus en voiture essence (≈ 200 g CO₂/km).
Calculer le coût annuel du gaz de M. Petit (à 0,11 €/kWh PCI). Comparer à un foyer chauffé électrique direct (3 000 €/an pour la même surface — voir Activité 2 du Ch01).
Coût gaz : 14 590 × 0,11 ≈ 1 605 €/an
Comparaison :
Le gaz est moins cher mais émet plus de CO₂ — l'inverse en énergie / écologie.
Si M. Petit installe une pompe à chaleur (COP saisonnier 3,3), il consomme 13 860 / 3,3 ≈ 4 200 kWh d'électricité/an pour les mêmes besoins thermiques. Calculer ses nouvelles émissions CO₂ annuelles (mix électrique français : 60 g CO₂ / kWh).
Comparer à la chaudière gaz et calculer le pourcentage de réduction.
Émissions PAC : 4 200 × 60 / 1 000 ≈ 250 kg CO₂/an
Comparaison : 250 vs 2 900 → réduction = (2 900 − 250) / 2 900 ≈ 91 % de CO₂ en moins.
Le passage à la PAC fait passer M. Petit d'une chaudière émettant 2,9 t de CO₂/an à seulement 0,25 t/an. C'est l'un des leviers les plus efficaces de la transition énergétique résidentielle.
Dans un quartier de 500 maisons chauffées au gaz comme celle de M. Petit, calculer les émissions totales de CO₂ par an. Convertir en équivalent « tour du monde en avion » (1 tour du monde par personne ≈ 3 t CO₂).
Émissions totales : 500 × 2,9 = 1 450 tonnes de CO₂/an
Équivalent : 1 450 / 3 ≈ 483 tours du monde en avion.
Cela illustre pourquoi la rénovation énergétique des bâtiments est un enjeu national : les 30 millions de logements français représentent une part importante des émissions de CO₂ (≈ 16 % du total).
Rédiger en 5 lignes la fiche de synthèse qu'Inès remet à M. Petit :
Effy — Audit énergie + carbone · M. Petit (Rennes) — 7 mai 2026
• Situation actuelle : chaudière gaz à condensation. Consommation ≈ 1 460 m³/an de gaz naturel, coût 1 605 €/an. Émissions 2,9 tonnes de CO₂/an.
• Hypothèse PAC air/eau (COP 3,3) : 4 200 kWh d'électricité/an, soit ≈ 250 kg CO₂/an (mix français bas carbone).
• Réduction d'émissions : 91 % (de 2,9 t à 0,25 t/an), soit l'équivalent d'un tour du monde en avion économisé tous les ans.
• Recommandation : engager le projet PAC dès 2027. Aides MaPrimeRénov' jusqu'à 4 000 €. Coût final estimé ≈ 2 400 €. Retour sur investissement < 2 ans, et gain climatique majeur sur 15 ans.
• Bonus : chaque tonne de CO₂ évitée correspond à environ 1 hectare de forêt jeune — c'est concret et valorisable au bilan carbone du foyer.
Le voisin de M. Petit utilise du fioul (formule chimique simplifiée C₁₂H₂₆) pour chauffer la même surface (13 860 kWh/an utiles, rendement chaudière 90 %). Sachant que la combustion de 1 kg de fioul libère 13 kWh PCI et émet 3,15 kg de CO₂, comparer son empreinte carbone à celle de M. Petit (gaz).
Énergie nécessaire : 13 860 / 0,90 ≈ 15 400 kWh PCI/an.
Masse de fioul : 15 400 / 13 ≈ 1 185 kg/an.
Émissions CO₂ : 1 185 × 3,15 ≈ 3 730 kg/an = 3,7 t/an.
Comparaison : fioul 3,7 t vs gaz 2,9 t. Le fioul émet ~ 28 % de plus de CO₂ que le gaz pour la même chaleur produite.
Hiérarchie carbone : fioul ≫ gaz ≫ électricité française ≫ PAC sur électricité française. C'est pour cela que le fioul est progressivement interdit dans les rénovations (loi Climat et Résilience 2022).
📚 Cette activité s'appuie sur §2 (Combustion complète), §4 (Équilibrage) et §6 (CO₂ et effet de serre) de la leçon Ch03.