Comprendre un carburant : pouvoir calorifique, densité, stœchiométrie
Pourquoi faut-il près de moitié plus d'E85 que d'essence ? Pourquoi un moteur au GPL perd-il un peu de puissance quand un moteur à l'E85 n'en perd pas ? Trois grandeurs physiques — et un petit calcul — répondent à tout.
Le pouvoir calorifique : l'énergie par kilo
Le pouvoir calorifique inférieur (PCI) est l'énergie libérée par la combustion d'un kilogramme de carburant, sans compter la chaleur perdue dans la vapeur d'eau des gaz. Il s'exprime en MJ/kg, et il varie fortement : environ 43 pour l'essence, 46 pour le GPL, 48 à 50 pour le méthane… mais seulement 29 pour l'E85, l'éthanol pur plafonnant vers 27. La molécule d'éthanol contient de l'oxygène : elle est, en quelque sorte, déjà à moitié brûlée.
La densité : l'énergie par litre
On achète des litres, pas des kilos. La masse volumique convertit l'un en l'autre : 720 à 775 kg/m³ pour l'essence, 820 à 845 pour le gazole EN 590, 765 à 800 pour le HVO, autour de 780 pour l'E85, à peine 510 à 540 pour le GPL liquide. Le gazole doit une partie de sa sobriété apparente à sa densité : chaque litre embarque plus d'énergie. À l'inverse, GPL et GNV cumulent les handicaps volumiques — c'est le sens des réservoirs à 200 bars du GNV.
La stœchiométrie : l'air que chaque kilo réclame
Chaque carburant exige sa proportion d'air exacte, détaillée dans le vocabulaire stœchiométrie : 14,7 kg d'air par kg d'essence, 9,8 pour l'E85, 15,5 à 15,7 pour le GPL, 17,2 pour le méthane.
Le tableau comparatif
| Carburant | PCI (MJ/kg) | Masse volumique (kg/m³) | Stœchiométrie (kg air/kg) | Indice |
|---|---|---|---|---|
| Essence SP95 (E5/E10) | ≈ 43 | 720–775 | ≈ 14,7 (14,1 en E10) | RON 95 |
| Gazole B7 | ≈ 42,6 | 820–845 | ≈ 14,5 | cétane ≥ 51 |
| E85 | ≈ 29 | ≈ 780 | ≈ 9,8 | RON ≥ 104 |
| GPL | ≈ 46 | 510–540 (liquide) | 15,5–15,7 | RON > 100 |
| GNV (méthane) | 48–50 | gaz, stocké à 200 bar | ≈ 17,2 | RON > 120 |
| HVO / XTL | ≈ 44 | 765–800 | ≈ 14,9 | cétane ≥ 70 |
Valeurs typiques, à lire en ordres de grandeur : les carburants commerciaux varient selon saison et composition.
Le calcul qui éclaire tout
Divisez le PCI par la stœchiométrie : vous obtenez l'énergie par kilogramme d'air admis.
- Essence : 43 ÷ 14,7 ≈ 2,9 MJ/kg d'air
- E85 : 29 ÷ 9,8 ≈ 3,0
- GPL : 46 ÷ 15,5 ≈ 3,0
- GNV : 50 ÷ 17,2 ≈ 2,9
Résultat remarquable : à remplissage d'air égal, tous les carburants libèrent à peu près la même énergie. Le couple d'un moteur vient de l'air qu'il respire — le rendement volumétrique — et le carburant ne fait que suivre. C'est pourquoi l'E85, malgré son PCI famélique, ne fait pas perdre de puissance : on injecte simplement beaucoup plus de masse — environ 50 % de plus au point stœchiométrique — pour la même masse d'air. Et c'est pourquoi le GPL injecté en phase gazeuse en perd un peu : le gaz prend la place d'une partie de l'air.
La conséquence pratique est dimensionnante : une conversion E85 exige des injecteurs et une pompe capables de ce débit supplémentaire, et des durées d'ouverture rallongées d'autant — la mécanique exacte est celle de IQ, rampe et microsecondes. La surconsommation volumique constatée à la pompe (de l'ordre de 25 % en E85) est plus faible que le +50 % massique : densité voisine, carburant saisonnier E60-E85 et rendement amélioré font la différence.
Et le gazole, dans tout ça ?
Le raisonnement « énergie par kilo d'air » vaut au point stœchiométrique — celui des moteurs essence régulés à lambda 1. Un diesel, lui, tourne toujours en excès d'air : son couple se pilote par la masse de carburant injectée, l'air étant en surplus. Les grandeurs déterminantes deviennent alors le cétane, la densité — le dosage se faisant en volume — et la limite de fumée qui borne l'excès admissible. Quant au pouvoir calorifique supérieur parfois cité dans les documentations, il inclut la chaleur de condensation de la vapeur d'eau : les comparaisons moteur se font toujours en PCI, la vapeur partant à l'échappement.
Les grandeurs de second ordre — qui n'en sont pas
- La chaleur latente de vaporisation : s'évaporer coûte de l'énergie, prélevée sur la charge. L'éthanol en absorbe bien plus que l'essence : l'admission refroidit, la densité de l'air monte, le cliquetis recule — un effet « octane caché » qui s'ajoute au RON élevé de l'E85, à relier à l'indice d'octane.
- La volatilité : ce qui s'évapore mal démarre mal à froid — le talon d'Achille de l'E85 en hiver.
- L'état physique : un carburant gazeux déplace l'air à l'admission ; un liquide non vaporisé lave les parois et dilue l'huile.
Trois chiffres, un quotient, deux effets secondaires : voilà l'équipement mental pour comprendre n'importe quel carburant — y compris ceux traités en détail dans la fiche GPL/GNV et la fiche HVO et biodiesel.
Voir aussi stœchiométrie, lambda, richesse et AFR, la conversion E85 et les carburants.
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