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 §2 (CH₄ + 2 O₂ → CO₂ + 2 H₂O) + §5 (énergie thermique libérée). PCI : eau vapeur dans les fumées. PCS : eau condensée.
🖥️ Pour visualiser : ouvre la simulation Chaudière à condensation. Compare les modes classique et condensation, et fais varier la température de retour pour voir quand la vapeur se condense (point de rosée ≈ 55 °C).
Walid, technicien chauffagiste chez « GazService 13 » à Marseille, vient remplacer la vieille chaudière au gaz (2002, basse efficacité) de M. Aubert. La maison consomme 15 000 kWh thermiques par an. Le client hésite entre 2 modèles neufs : une chaudière classique étanche (1 800 € installée) ou une chaudière à condensation (2 800 € installée). Walid doit lui expliquer la différence et chiffrer le bilan économique.
Quand le gaz naturel brûle, l'équation est : \(\mathrm{CH_4 + 2\,O_2 \to CO_2 + 2\,H_2O}\). La vapeur d'eau (H₂O) sort dans les fumées à environ 200 °C, emportant avec elle de l'énergie thermique (la « chaleur latente de vaporisation »).
Une chaudière à condensation récupère cette chaleur : les fumées sont refroidies en-dessous de 55-60 °C, ce qui condense la vapeur d'eau en goutelettes liquides, libérant + 11 % d'énergie supplémentaire par rapport au PCI.
C'est pour cela que les chaudières condensation affichent souvent un rendement supérieur à 100 % sur la base du PCI (jusqu'à 109 %).
| Caractéristique | Chaudière classique | Chaudière à condensation |
|---|---|---|
| Marque / modèle | Frisquet Eco Confort 25 | Frisquet Hydroconfort Visio 25 |
| Puissance utile | 25 kW | 25 kW |
| Température fumées | 180 °C | 55 °C |
| Rendement sur PCI (catalogue) | 92 % | 108 % |
| Prix matériel + pose | 1 800 € TTC | 2 800 € TTC |
| Évacuation des fumées | conduit en inox | conduit PVC + évacuation condensats |
| Garantie | 5 ans | 10 ans |
Recopier l'équation de combustion du méthane. Sous quelle forme apparaît l'eau dans les fumées chaudes ? Et dans les condensats récupérés ?
\(\mathrm{CH_4 + 2\,O_2 \to CO_2 + 2\,H_2O}\)
Dans les fumées chaudes (180 °C, classique) : H₂O à l'état gazeux (vapeur).
Dans les condensats récupérés (55 °C, condensation) : H₂O à l'état liquide.
La chaleur latente de vaporisation de l'eau (2 250 kJ/kg) est libérée lors de cette condensation et récupérée par l'eau du circuit chauffage.
Pourquoi le rendement annoncé d'une chaudière à condensation peut-il dépasser 100 % sur la base du PCI ? Donner une explication chiffrée.
Le PCI ne compte que l'énergie libérée si l'eau reste à l'état vapeur. Le PCS, lui, inclut la chaleur latente récupérée à la condensation.
Différence : PCS − PCI = 11 % du PCI pour le méthane (10 vs 11,1 kWh/m³).
Une chaudière condensation peut récupérer jusqu'à 95 % de la PCS, ce qui correspond à 0,95 × 11,1 / 10 ≈ 105 % du PCI.
La valeur 108 % du Doc 2 est donc cohérente. Ce n'est pas une violation des lois de la thermodynamique — c'est juste un changement de référence (PCI vs PCS).
Pour chaque chaudière, calculer la consommation de gaz en kWh (sur la base du PCI) pour fournir 15 000 kWh utiles par an.
Formule : \(E_\text{gaz} = E_\text{utile} / \eta\), avec η le rendement sur PCI.
Classique (η = 0,92) :
\(E_\text{gaz} = 15\,000 / 0{,}92 \approx \mathbf{16\,304\ \text{kWh/an}}\) (sur PCI).
Condensation (η = 1,08) :
\(E_\text{gaz} = 15\,000 / 1{,}08 \approx \mathbf{13\,889\ \text{kWh/an}}\) (sur PCI).
Économie de gaz brut : \(16\,304 - 13\,889 = \mathbf{2\,415\ \text{kWh/an}}\) (≈ 15 % en moins).
Calculer le coût annuel de gaz (en €) pour chaque chaudière, au tarif 0,10 €/kWh.
Classique : \(16\,304 \times 0{,}10 \approx \mathbf{1\,630\ €/\text{an}}\).
Condensation : \(13\,889 \times 0{,}10 \approx \mathbf{1\,389\ €/\text{an}}\).
Économie annuelle : \(1\,630 - 1\,389 = \mathbf{241\ €/\text{an}}\).
Calculer le temps de retour sur investissement du surcoût condensation (1 000 € de plus). Refaire avec l'aide MaPrimeRénov' de 1 200 €.
Surcoût brut : 2 800 − 1 800 = 1 000 €.
ROI brut : \(1\,000 / 241 \approx \mathbf{4{,}1\ \text{ans}}\).
Avec aide MaPrimeRénov' (1 200 € pour la condensation uniquement) :
Coût net condensation : 2 800 − 1 200 = 1 600 €. Surcoût net vs classique : 1 600 − 1 800 = −200 € (la condensation est moins chère que la classique).
ROI immédiat : 0 année. L'économie de 241 €/an commence dès le premier mois.
Sur 15 ans : économie totale = \(15 \times 241 + 200 = \mathbf{3\,815\ €}\) en faveur de la condensation.
Pour que la condensation soit efficace, il faut que la température de l'eau qui revient à la chaudière (température de retour) soit inférieure à ~55 °C. Pourquoi cette contrainte ?
La condensation de la vapeur d'eau ne peut avoir lieu que si la température du condenseur (échangeur en contact avec l'eau du circuit) est inférieure au point de rosée des fumées, soit ~ 55 °C pour le gaz naturel.
Or, le condenseur est traversé par l'eau de retour du circuit chauffage. Si l'eau de retour est trop chaude (par exemple 65 °C), la condensation ne se produit pas et la chaudière fonctionne en mode « classique » (rendement 92 % seulement).
Conséquence pratique : la chaudière à condensation est vraiment efficace avec :
Avec des radiateurs sous-dimensionnés (fonctionnant à 70 °C), la condensation n'apporte que peu de gain.
Si la chaudière à condensation fonctionne en mode « non-condensation » (radiateurs 70 °C, jamais de condensation effective), son rendement chute à ~ 95 %. Recalculer l'économie annuelle vs chaudière classique 92 %.
Conso condensation à 95 % : \(15\,000 / 0{,}95 = 15\,789\) kWh.
Coût annuel : \(15\,789 \times 0{,}10 \approx 1\,579\) €.
Économie vs classique 92 % (1 630 €) : seulement 51 €/an (au lieu de 241 €).
ROI brut : \(1\,000 / 51 \approx 20\) ans → presque jamais rentable sans rénovation du réseau radiateurs.
Conclusion : la chaudière condensation est très rentable en chauffage basse température (plancher / radiateurs basse T), peu rentable en chauffage haute température (vieux réseau radiateurs). Toujours évaluer le réseau de distribution avant de choisir.
Rédiger en 6 lignes le conseil chiffré de Walid à M. Aubert :
GazService 13 — Conseil M. Aubert (Marseille)
• Recommandation : chaudière à condensation Frisquet Hydroconfort Visio 25 (2 800 € TTC).
• Aide MaPrimeRénov' : −1 200 € → coût net 1 600 € (moins cher que la chaudière classique 1 800 €).
• Économie de gaz annuelle : ≈ 240 €/an (15 % de gaz en moins). Sur 15 ans : ~ 3 800 €.
• Important : pour profiter de la condensation, vos radiateurs doivent fonctionner ≤ 55 °C. À vérifier sur place (radiateurs en fonte = OK, radiateurs sous-dimensionnés = à changer).
• Sans plancher chauffant et avec radiateurs HT, le gain tombe à 50 €/an → l'investissement reste justifié grâce à l'aide MaPrimeRénov'.
• Garantie matériel 10 ans + entretien annuel obligatoire (loi 2009).
Une chaudière à condensation rejette environ 1 L d'eau condensée par m³ de gaz brûlé. Calculer le volume d'eau condensée par jour si la chaudière fonctionne en moyenne 5 h/jour à puissance moyenne 15 kW. Où va cette eau ?
Énergie fournie / jour : 15 × 5 = 75 kWh.
Énergie absorbée / jour (rendement 108 %) : 75 / 1,08 ≈ 69,4 kWh.
Volume de gaz / jour : 69,4 / 10 = 6,94 m³.
Volume d'eau condensée / jour : ≈ 6,94 × 1 = 6,9 L/jour (≈ 7 L).
Soit ≈ 1 260 L (1,26 m³) par saison de chauffe (180 jours).
Cette eau est légèrement acide (pH 3-5, dû au CO₂ dissous formant H₂CO₃) et doit être évacuée par un raccordement à l'évacuation des eaux usées, après passage par un neutraliseur (granulés calcaires) si la canalisation est en métal. C'est pour cela qu'il faut une prise EU près de la chaudière condensation.
📚 Cette activité s'appuie sur §2 (Équation de combustion CH₄) et §5 (Énergie thermique de combustion) de la leçon Ch03 + lien Ch01 §5 (rendement).