Sciences · Physique
La puissance électrique
La puissance électrique est la quantité d’énergie qu’un appareil consomme ou fournit par seconde. Elle se mesure en watts et vaut P = U × I : la tension multipliée par l’intensité.
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Une ampoule LED de 8 W, un four de 2 500 W, une voiture électrique qui se recharge à 11 kW : la puissance indique à quelle vitesse un appareil consomme de l’énergie. Ce qui est facturé, en revanche, c’est l’énergie totale, en kilowattheures. Confondre les deux est l’erreur la plus fréquente en électricité domestique.
Le watt
Le watt doit son nom à l’ingénieur écossais James Watt, qui a perfectionné la machine à vapeur au XVIIIe siècle. Il n’est pas réservé à l’électricité : il mesure toute puissance, mécanique, thermique ou lumineuse (voir énergie).
| Multiple | Valeur | Exemple |
|---|---|---|
| milliwatt (mW) | 0,001 W | pointeur laser |
| watt (W) | 1 W | veille d’un appareil |
| kilowatt (kW) | 1 000 W | radiateur, plaque de cuisson |
| mégawatt (MW) | 1 million de W | éolienne terrestre (2 à 5 MW) |
| gigawatt (GW) | 1 milliard de W | réacteur nucléaire (environ 0,9 à 1,6 GW) |
Les formules
| Formule | Usage |
|---|---|
P = U × I | cas général, courant continu, appareils résistifs en alternatif |
P = R × I² | puissance dissipée dans une résistance (effet Joule) |
P = U² / R | idem, à partir de la tension |
E = P × t | énergie consommée pendant une durée t |
Les deux formules avec R s’obtiennent en combinant P = U × I et la loi d’Ohm U = R × I (voir électricité et loi d’Ohm).
En courant alternatif, pour les moteurs et les appareils électroniques, la formule devient P = U × I × cos φ, où le facteur de puissance cos φ traduit le décalage entre tension et courant. Pour un radiateur ou une bouilloire, il vaut pratiquement 1.
Puissance et énergie : watt contre kilowattheure
L’analogie de l’eau aide : la puissance est le débit du robinet, l’énergie le volume d’eau dans la baignoire. Une ampoule de 10 W allumée 100 heures consomme autant qu’un four de 1 000 W pendant une heure : 1 kWh.
Puissance des appareils courants
| Appareil | Puissance typique |
|---|---|
| Chargeur de téléphone | 5 à 30 W (jusqu’à plus de 100 W en charge rapide) |
| Ampoule LED | 5 à 15 W |
| Ancienne ampoule à incandescence | 40 à 100 W |
| Ordinateur portable | 30 à 90 W |
| Réfrigérateur (en fonctionnement) | 100 à 200 W |
| Télévision | 50 à 200 W |
| Aspirateur | 700 à 1 500 W |
| Sèche-cheveux | 1 500 à 2 200 W |
| Bouilloire | 2 000 à 3 000 W |
| Four électrique | 2 000 à 3 500 W |
| Lave-linge (phase de chauffe) | 2 000 W environ |
| Recharge de voiture électrique (borne domestique) | 3,7 à 11 kW |
Une LED de 8 W éclaire à peu près autant qu’une ampoule à incandescence de 60 W : la puissance électrique ne dit pas la quantité de lumière produite, qui se mesure en lumens.
L’effet Joule
Lorsqu’un courant traverse un conducteur, une partie de l’énergie électrique se transforme en chaleur : c’est l'effet Joule, du nom du physicien anglais James Prescott Joule, qui l’a quantifié vers 1840. La puissance dissipée vaut P = R × I².
- Utile : radiateurs, bouilloires, fers à repasser, grille-pain, fusibles et ampoules à incandescence reposent sur lui.
- Nuisible : il fait chauffer les câbles, les chargeurs, les processeurs, et représente l’essentiel des pertes sur les lignes électriques. C’est pourquoi on transporte l’électricité à très haute tension et faible courant (voir courant alternatif et continu).
Seuls les supraconducteurs, de résistance nulle, échappent à l’effet Joule.
L’abonnement électrique et la puissance souscrite
En France, un contrat d’électricité fixe une puissance souscrite en kilovoltampères (kVA), le plus souvent 6, 9 ou 12 kVA pour un logement. Elle limite la puissance totale que l’on peut appeler en même temps : allumer simultanément four, lave-linge, radiateurs et bouilloire peut dépasser 9 kVA et faire disjoncter le compteur. Le kVA mesure la puissance apparente, proche du kilowatt pour un usage domestique.
Questions fréquentes
Quelle est la formule de la puissance électrique ?
P = U × I : la puissance en watts est égale à la tension en volts multipliée par l’intensité en ampères. Pour une résistance, on peut aussi écrire P = R × I² ou P = U² / R.
Quelle est la différence entre W et kWh ?
Le watt mesure une puissance, c’est-à-dire un débit d’énergie à un instant donné. Le kilowattheure mesure une quantité d’énergie : une puissance de 1 kW maintenue pendant une heure.
Combien consomme un appareil en veille ?
Souvent de 0,5 à quelques watts. Une veille de 5 W, permanente toute l’année, représente environ 44 kWh par an. La réglementation européenne limite désormais fortement la consommation en veille des appareils neufs.
Pourquoi un chargeur chauffe-t-il ?
Parce qu’une partie de l’énergie est perdue sous forme de chaleur, par effet Joule et dans les composants électroniques qui convertissent le courant. Un bon chargeur a un rendement de 80 à 90 % environ.