Chapitre 3 – Combustion du carbone et des hydrocarbures | 1ère Bac Pro ICCER (Grpt 1) | Physique – Chimie | ⏱ 40 min
Dernière mise à jour : 28 mai 2026
💡 Notions centrales : leçon §2 (équation de combustion complète) + stœchiométrie volumique. Coefficients de l'équation = rapports de volumes (loi d'Avogadro).
Adam, plombier-chauffagiste chez « ConfortGaz 95 » à Argenteuil, vient de finir l'installation d'une chaudière à gaz dans le local technique de M. Bertin (un placard de 1,80 m × 0,80 m × 2,20 m, soit ≈ 3,2 m³). Avant la mise en service, il doit vérifier que la ventilation du local est suffisante pour alimenter la combustion en air frais. Il va calculer le débit d'air nécessaire et le comparer aux ouvertures du local.
Le gaz naturel est constitué à plus de 95 % de méthane CH₄. Sa combustion complète s'écrit :
\(\mathrm{CH_4 + 2\,O_2 \longrightarrow CO_2 + 2\,H_2O}\)
Le placard où est installée la chaudière dispose actuellement de deux grilles d'aération (norme DTU 24.1) :
Recopier l'équation de combustion du méthane (Doc 1) et identifier les réactifs, les produits, le combustible et le comburant.
\(\mathrm{CH_4 + 2\,O_2 \longrightarrow CO_2 + 2\,H_2O}\)
Calculer la puissance thermique du gaz à brûler (en kW) que la chaudière doit consommer pour fournir 25 kW utiles avec un rendement de 90 %.
\(\eta = \dfrac{P_\text{utile}}{P_\text{absorbée}}\) donc \(P_\text{absorbée} = \dfrac{P_\text{utile}}{\eta} = \dfrac{25}{0{,}90} \approx \mathbf{27{,}8\ \text{kW}}\)
La chaudière consomme 27,8 kW de gaz pour restituer 25 kW thermiques utiles. Les 2,8 kW manquants partent dans les fumées.
Calculer le débit volumique de méthane consommé par la chaudière, en m³/h.
Utiliser : \(\text{débit gaz} = \dfrac{P_\text{absorbée}}{\text{PCI}}\).
\(\text{débit CH}_4 = \dfrac{27{,}8\ \text{kW}}{10\ \text{kWh/m}^3} = \mathbf{2{,}78\ \text{m}^3/\text{h}}\)
(Cohérence d'unités : kW = kWh/h, donc kW ÷ kWh/m³ = m³/h ✓.)
La chaudière brûle environ 2,8 m³ de méthane par heure en fonctionnement nominal.
À l'aide du Doc 1 (1 vol CH₄ ↔ 2 vol O₂), calculer le débit volumique de dioxygène nécessaire pour la combustion (m³/h).
D'après l'équation, il faut 2 fois plus de volume d'O₂ que de méthane :
\(\text{débit O}_2 = 2 \times 2{,}78 = \mathbf{5{,}56\ \text{m}^3/\text{h}}\)
Soit ≈ 5,6 m³ de O₂ pur par heure.
L'air ne contient que 21 % de dioxygène en volume. Calculer le débit volumique d'air nécessaire pour fournir les 5,56 m³/h de O₂.
\(\text{débit air} = \dfrac{\text{débit O}_2}{0{,}21} = \dfrac{5{,}56}{0{,}21} \approx \mathbf{26{,}5\ \text{m}^3/\text{h}}\)
La chaudière a besoin d'environ 26,5 m³ d'air par heure pour brûler son méthane.
Règle pratique professionnelle : on retient ≈ 10 m³ d'air par m³ de gaz (10 × 2,78 ≈ 27,8 m³/h, cohérent à quelques % près).
D'après le Doc 3, calculer le débit d'air apporté par les 2 grilles existantes (200 cm² chacune). La ventilation est-elle suffisante ?
Chaque grille de 200 cm² fournit \(\dfrac{200}{100} \times 15 = 30\) m³/h par tirage naturel.
Mais en pratique, seule la grille basse (entrée d'air frais) compte vraiment pour l'apport — la grille haute évacue les produits de combustion. Débit d'air entrant : ≈ 30 m³/h.
Comparaison avec le besoin (26,5 m³/h) : 30 ≥ 26,5 → ventilation suffisante ✓, avec une marge de 12 %.
En cas d'incertitude (vent, température), la norme DTU recommande une marge plus large (×1,5) → grilles 300 cm² pour 25 kW. À discuter.
Que se passerait-il si la grille basse était obstruée (par exemple par un meuble ou des cartons) ? Quels seraient les risques ?
Sans apport suffisant d'oxygène :
D'où l'obligation de ne jamais boucher les grilles et l'obligation d'installer un détecteur CO dans les logements à chaudière (loi de 2024).
Rédiger en 6 lignes la note de mise en service qu'Adam laisse à M. Bertin :
ConfortGaz 95 — Mise en service chaudière Saunier Duval Thema 25 kW
• Combustion CH₄ + 2 O₂ → CO₂ + 2 H₂O. Pour 1 m³ de gaz, 10 m³ d'air sont nécessaires.
• Consommation chaudière en fonctionnement : ≈ 2,8 m³/h de gaz → besoin d'air 26,5 m³/h.
• Ventilation actuelle (grille basse 200 cm²) : ≈ 30 m³/h → suffisante, marge 12 %. ✓
• Important : ne jamais boucher les grilles d'aération (risque CO mortel).
• Installer un détecteur CO dans le local (obligatoire 2024). Pile à vérifier tous les mois.
• Entretien annuel obligatoire de la chaudière (loi 2009). Visa P21 valable 12 mois.
Calculer le volume de CO₂ rejeté par la chaudière en une heure de fonctionnement. Puis en une saison de chauffe (1 500 h/an). Convertir en kg (masse volumique du CO₂ ≈ 1,98 kg/m³).
D'après l'équation : 1 vol CH₄ → 1 vol CO₂. Donc volume CO₂ produit par heure = débit CH₄ = 2,78 m³/h.
Sur la saison : \(2{,}78 \times 1\,500 \approx 4\,170\) m³ de CO₂.
Masse de CO₂ saison : \(4\,170 \times 1{,}98 \approx \mathbf{8\,260\ \text{kg}}\) = 8,3 tonnes de CO₂ par an.
À comparer aux émissions moyennes par foyer (~ 9 t CO₂/an tous postes : chauffage + voiture + alimentation + biens). La chaudière gaz représente à elle seule presque l'équivalent. Argument fort pour passer en PAC ou en bois énergie.
📚 Cette activité s'appuie sur §2 (Combustion complète du méthane) de la leçon Ch03 + DTU 24.1 (ventilation chaufferie).