L'énergie massique : combien d'énergie par kilogramme ?
L'énergie massique rapporte une énergie à une masse : c'est le pouvoir calorifique des combustibles (l'énergie libérée par leur combustion) comme la densité d'énergie des batteries (l'énergie stockée). Le SI compte en J/kg, la pratique en MJ/kg pour les carburants, en kWh/kg pour le stockage électrique, en kcal/kg pour l'ancienne littérature thermique et en BTU/lb (2 326 J/kg) dans les documentations américaines de chaudières et de fiouls.
Pouvoirs calorifiques des combustibles
En MJ/kg (pouvoir calorifique inférieur) : hydrogène 120 — le champion massique — ; gaz naturel ≈ 48 ; essence et gazole 42 à 44 ; charbon 24 à 30 ; bois sec 15 à 18 ; bois à 30 % d'humidité ≈ 12, l'humidité mangeant l'énergie. En kWh, plus parlant pour le chauffage : un kilo de granulés (≈ 17 MJ/kg) délivre 4,7 kWh, un litre de fioul environ 10 kWh. Les comparatifs de coût du kWh de chaleur reposent entièrement sur ces conversions.
Batteries : le Wh/kg, nerf de l'électrification
La densité massique des batteries se lit en Wh/kg : plomb 30 à 40, lithium-ion actuel 150 à 260 en cellule, futures chimies solides visées à 400 et plus. La comparaison avec l'essence (12 000 Wh/kg bruts, environ 3 000 utiles après rendement moteur) explique le défi de l'aviation électrique et le poids des batteries automobiles : 60 kWh embarqués pèsent 300 à 400 kg. Chaque Wh/kg gagné se traduit directement en autonomie ou en charge utile.
PCI, PCS et le piège de l'eau
Deux pouvoirs calorifiques coexistent : le supérieur (PCS) compte la chaleur de condensation de la vapeur d'eau produite par la combustion, l'inférieur (PCI) l'exclut. L'écart atteint 10 % pour le gaz naturel — d'où les rendements « supérieurs à 100 % » des chaudières à condensation, calculés sur PCI alors qu'elles récupèrent une part du PCS. Les prix du gaz se facturent en kWh PCS : comparer un PCI et un PCS sans le savoir fausse tout bilan économique.