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 §3 (combustion d'hydrocarbures et molécules carbonées) + cycle du carbone. Lien EDD : énergies renouvelables, photosynthèse.
Élise, ingénieure conseil bois énergie chez « BoisChauffage Bzh » à Quimper, accompagne la famille Le Goff dans leur projet : remplacer leur vieille chaudière fioul par une chaudière à granulés (pellets) bois. Leur maison consomme 15 000 kWh/an. Élise doit chiffrer la consommation de bois, l'encombrement du silo, le coût, et expliquer pourquoi le bois est considéré comme une énergie renouvelable.
Le bois est principalement composé de cellulose, polymère du glucose dont la formule monomérique simplifiée est \(\mathrm{C_6H_{10}O_5}\). Sa combustion complète s'écrit :
\(\mathrm{C_6H_{10}O_5 + 6\,O_2 \longrightarrow 6\,CO_2 + 5\,H_2O}\)
Quand un arbre pousse, il capte le CO₂ atmosphérique par photosynthèse :
\(\mathrm{6\,CO_2 + 6\,H_2O + énergie\ solaire \to C_6H_{12}O_6 + 6\,O_2}\)
Au cours de sa croissance (20-100 ans), l'arbre stocke du carbone sous forme de cellulose. Quand on le brûle, on relâche exactement le même CO₂ qui avait été capté quelques décennies plus tôt.
À l'échelle d'une forêt gérée durablement (autant d'arbres plantés que coupés), le bilan net est quasi nul.
| Combustible bois | PCI | Masse volumique | Prix | Facteur émission net (ADEME) |
|---|---|---|---|---|
| Granulés (pellets) certifiés DIN+ | 4,6 kWh/kg | 650 kg/m³ (silo) | 0,07 €/kWh (0,32 €/kg) | 30 g CO₂eq/kWh |
| Bûches sèches (humidité < 20 %) | 4,0 kWh/kg | 500 kg/stère ≈ 0,7 stère/m³ | 0,05 €/kWh (75 €/stère) | 50 g CO₂eq/kWh |
| Plaquettes forestières (chauffage collectif) | 3,5 kWh/kg | 250 kg/m³ | 0,04 €/kWh | 20 g CO₂eq/kWh |
Recopier l'équation de combustion de la cellulose (Doc 1). Identifier le combustible, le comburant, et compter le nombre d'atomes de C, H, O des deux côtés (vérification de l'équilibre).
\(\mathrm{C_6H_{10}O_5 + 6\,O_2 \longrightarrow 6\,CO_2 + 5\,H_2O}\)
Combustible : cellulose. Comburant : dioxygène O₂.
Vérification de l'équilibre :
L'équation est bien équilibrée.
Calculer l'énergie de combustion brute que doit fournir le bois pour obtenir 15 000 kWh utiles à la sortie de la chaudière (rendement 92 %).
Puis calculer la masse de pellets nécessaire à l'année.
Énergie brute : \(E_\text{brute} = E_\text{utile} / \eta = 15\,000 / 0{,}92 \approx \mathbf{16\,304\ \text{kWh}}\) à fournir par les pellets.
Masse de pellets : \(m = E_\text{brute} / \text{PCI} = 16\,304 / 4{,}6 \approx \mathbf{3\,544\ \text{kg}}\) ≈ 3,5 tonnes/an.
Soit ≈ 70 sacs de 50 kg, ou un silo plein 1 fois par an.
Calculer le volume de pellets à stocker (silo à granulés, masse volumique 650 kg/m³). Comparer à un silo standard de 5 m³.
\(V = m / \rho = 3\,544 / 650 \approx \mathbf{5{,}45\ \text{m}^3}\)
Un silo standard de 5 m³ est insuffisant → prévoir un silo de 6 m³ minimum pour stocker 1 an de chauffe (utile pour faire le plein 1 fois par an, juste avant l'hiver, quand les prix sont bas).
Dimensions typiques d'un silo 6 m³ : 2 m × 2 m × 1,5 m (ou rond ø 2,2 m × 2 m hauteur). À prévoir dans la cave ou le garage.
Calculer la masse de CO₂ brut dégagée par la combustion des 3,5 t de pellets.
Utiliser la stœchiométrie : 162 g de cellulose → 6 × 44 = 264 g de CO₂. Donc 1 g cellulose → 1,63 g CO₂.
Masse de CO₂ : \(m_{\mathrm{CO}_2} = 3\,544 \times 1{,}63 \approx \mathbf{5\,777\ \text{kg}}\) ≈ 5,8 tonnes de CO₂ rejetées dans l'atmosphère par la combustion des pellets.
Cela représente plus que l'émission d'une voiture sur 12 000 km !
Si la chaudière bois rejette 5,8 t de CO₂/an, pourquoi le facteur d'émission officiel ADEME pour les pellets est-il de seulement 30 g CO₂eq/kWh (soit 15 000 × 30 / 1000 = 450 kg CO₂/an, soit 12 fois moins que le calcul ci-dessus) ?
Le facteur ADEME tient compte du cycle court du carbone du bois :
Les 30 g CO₂/kWh restants correspondent aux énergies fossiles utilisées pour la chaîne : fabrication des pellets (compression, séchage électrique), transport des camions, équipement du chauffage. Cela n'est pas compensé par la photosynthèse.
Comparaison avec le fioul (270 g CO₂/kWh) : le bois émet 9 fois moins de CO₂ net par kWh. Différence majeure pour le climat.
Calculer le coût annuel du chauffage aux pellets (15 000 kWh à 0,07 €/kWh, frais d'achat du combustible).
Comparer avec le coût annuel du chauffage au fioul (15 000 kWh à 0,13 €/kWh).
Coût pellets : \(15\,000 \times 0{,}07 = \mathbf{1\,050\ €/\text{an}}\).
Coût fioul : \(15\,000 \times 0{,}13 = \mathbf{1\,950\ €/\text{an}}\).
Économie : 900 €/an en passant aux pellets.
Sur 20 ans, calculer le bilan global CO₂ et économique pellets vs fioul. Prendre en compte l'investissement initial d'une chaudière à granulés (12 000 € HT, aide MaPrimeRénov' 6 000 €).
Bilan CO₂ sur 20 ans :
Bilan économique sur 20 ans :
Bilan double gain : −72 t CO₂ ET −12 000 € en faveur des pellets. Choix incontestable.
Rédiger en 6 lignes le devis-conseil d'Élise pour la famille Le Goff :
BoisChauffage Bzh — Devis pour la famille Le Goff (Quimper)
• Maison 15 000 kWh/an. Passage chaudière fioul → chaudière à granulés Atmos D25P.
• Consommation pellets : ≈ 3,5 t/an, soit 5,5 m³ → silo 6 m³ recommandé (cave). Prix pellets ~ 1 050 €/an (vs 1 950 €/an fioul).
• Investissement : 12 000 € HT chaudière. Aide MaPrimeRénov' (foyer modeste) : −6 000 € → reste à charge 6 000 €.
• ROI : 6 000 / 900 (économie annuelle) ≈ 7 ans. Économie nette 20 ans : +12 000 €.
• Bilan climat : 5,8 t CO₂ « brut » émis/an mais cycle court neutre → facteur net 30 g CO₂/kWh (vs 270 fioul). 72 t CO₂ évitées sur 20 ans.
• Conditions : bois certifié DIN+ ou ENplus A1, gestion forestière durable PEFC/FSC, ramonage 2 fois/an obligatoire.
Combien de bois la famille Le Goff consomme-t-elle en équivalent arbres adultes coupés par an ? Un arbre adulte produit ≈ 0,5 m³ de bois exploitable (soit environ 350 kg de bois sec).
Consommation 3,5 t = 3 500 kg. À raison de 350 kg/arbre :
Nombre d'arbres : \(3\,500 / 350 = \mathbf{10\ \text{arbres adultes par an}}\).
Pour que ce soit durable, il faut donc replanter ≥ 10 arbres par an pour cette famille (et attendre 30-50 ans qu'ils repoussent).
À l'échelle de la France : un foyer moyen au bois consomme ≈ 0,7 m³ de bois équivalent par an. Sur 7 millions de foyers, c'est ≈ 5 M de m³/an, soit environ 10 millions d'arbres. La forêt française produit ~ 80 M de m³/an → le bois énergie en utilise 6 %. Soutenable à condition de bien gérer la forêt.
📚 Cette activité s'appuie sur §3 (Combustion de composés carbonés) et §5 (Énergie thermique) de la leçon Ch03 + lien EDD (énergies renouvelables, cycle du carbone).