L’énergie peut s’exprimer dans de nombreuses unités de mesure différentes, prêtant parfois à confusion.
Pour certaines unités, ce sont des usages qui se sont imposés dans certains domaines, dans d’autres cas, lorsqu’il s’agit de quantités précises (de très grandes ou très petites quantités), il est plus simple d’avoir une unité adaptée.
Joule (J)
Le joule (J) est une unité de mesure qui sert à quantifier l’énergie, le travail et la quantité de chaleur.
Cette unité de mesure est souvent utilisée en nutrition et en thermique. Le joule étant une très petite quantité d’énergie, on utilise surtout son multiple le kilojoule (kJ) en nutrition (1 cal = 4.185 kJ), et le kWh en thermique (1 kWh = 3 600 000 J).
Il s’agit de l’énergie fournie par une puissance de 1 watt pendant une seconde (l’équivalent de 1 W.s) ou au travail produit par une force de 1 newton, dont le point d’application se déplace de 1 mètre dans la direction de la force (1 N.m).
Watt (W)
Le Watt (W) est l’unité internationale de mesure de la puissance effective d’un courant électrique. Il s’agit de l’énergie produite (en joules) par unité de temps. Elle correspond à une énergie de 1 joule par seconde (1 watt = 1 J/s). On utilise souvent ses multiples : le kW (kilowatt)
1 kW = 1 000 W
Watt-heure (Wh)
Le Wattheure (Wh) est une unité qui mesure l’énergie consommée ou délivrée par un système, en watt pendant une heure. L’énergie consommée en wattheure s’exprime en fonction de la puissance P (en watt) et du temps t (en heure) :
E = P * t
Par exemple, 1 Wh équivaut à une énergie consommée de 1 watt pendant une heure.
1 Wh équivaut à 3 600 joules.
Pour des volumes d’énergie importants, on utilise généralement des multiples comme le kWh (kilowattheure) ou le MWh (mégawattheure).
Kilowatt-heure (kWh)
Le kilowattheure (kWh) est une unité de mesure qui correspond à l’énergie consommée ou délivrée par un système, en millier de watt pendant une heure.
1 kWh = 1 000 Wh
Remarque : la confusion entre le terme kW et kWh est récurrente. L’unité internationale de puissance énergétique (kW) est utilisée à tort pour exprimer une consommation ou une production. On ne consomme pas des kW mais des kWh.
Tableau de conversion du Wh
| Wh | kWh (kilo) | MWh (méga) | GWh (giga) | TWh (téra) |
|---|---|---|---|---|
| 1 | 1 000 Wh | 1 000 000 Wh | 1 milliard Wh | 1 000 milliards Wh |
Kilovoltampère (kVA)
Le kilovoltampère (kVA) est une unité de puissance électrique dite apparente. Elle définit la valeur maximale d’une installation électrique, soit la puissance active maximale que pourra prendre l’installation. La puissance des compteurs électriques est généralement indiquée kVA.
On utilise le kVA pour dimensionner les systèmes électriques d’un local. Lorsque vous souscrivez à un contrat de fourniture, vous devez choisir une puissance adaptée à vos besoins énergétiques. Plus la puissance souscrite est élevée, plus le prix de l’abonnement est élevé.
Pour les particuliers (et petits professionnels), il est admis que :
1 kVA = 1 kW.
Pour les professionnels, le calcul est plus complexe car la puissance dite réactive (exprimée en kVAR) entre en compte. Pour calculer la puissance à souscrire, il faut appliquer la formule suivante :
S=√(P²+Q²)
Avec :
- S = Puissance apparente (kVA)
- P = Puissance active (kW)
- Q = Puissance réactive (kVAR)
Remarque : 1 kVA = 1 000 VA
Le Voltampère (VA), comme le Watt, est une unité de puissance électrique.
Tonne d’équivalent pétrole (tep)
La tonne d’équivalent pétrole (tep) est, comme son nom le suggère, une unité de mesure pour comparer à l’équivalent d’énergie en pétrole.
Elle représente la quantité d’énergie contenue dans une tonne de pétrole brut, soit 41,868 gigajoules.
Cette unité peut également être utilisée pour exprimer la valeur énergétique d’autres sources d’énergies, comme par exemple la houille (1 tep = 1 616 kg de houille) ou l’électricité (1 tep = 11,6 MWh).
La tonne d’équivalent pétrole (tep) permet de comparer entre elles différentes sources d’énergie. En France, c’est l’Observatoire de l’énergie qui fixe les coefficients de conversion.
Tonne d’équivalent charbon (tec)
La tonne d’équivalent charbon (tec) est une unité de mesure propre au charbon. Elle représente l’énergie contenue dans une tonne de charbon, et dépendait initialement du charbon de référence.
Aujourd’hui, une tonne d’équivalent charbon vaut conventionnellement 29,307 60 GJ ou 8,141 MWh.
C’est une unité couramment utilisée par l’industrie du charbon.
Calorie (cal)
La calorie (cal) est une unité de mesure qui correspond à la quantité d’énergie nécessaire pour élever la température d’un gramme d’eau liquide de 1°C à la pression constante d’une atmosphère.
Elle vaut environ 4,184 Joules.
C’est une unité couramment utilisée dans les domaines de la nutrition et de la thermique.
Ses multiples sont utilisés dans diverses industries : la kilocalorie (kcal) en nutrition, ou encore la Mégacalorie (Mcal), autrefois utilisée par les gaziers. Elle est peu utilisée aujourd’hui, sauf parfois par les fabricants de chaudières et chauffe-eaux instantanés à gaz.
Rappelons également qu’un Watt vaut 1 Joule/seconde, soit environ 0.239 calorie/seconde.
Ces unités permettent notamment d’évaluer la puissance extraite d’une quantité d’eau, lorsque celle-ci est rafraîchie à l’aide d’une pompe à chaleur par exemple.
Électron volt (eV)
L’électron volt (eV) est une unité d’énergie utilisée en physique atomique et nucléaire. Elle représente l’énergie cinétique acquise par un électron qui passe par une différence de potentiel de 1 volt dans le vide.
1 électron volt vaut environ 1,6.10−19 joules.
British Thermal Unit (BTU)
Le British Thermal Unit (Btu ou BTU) est une unité de mesure d’énergie anglo-saxonne, qui représente la quantité de chaleur nécessaire pour élever la température d’une livre anglaise d’eau de 1° F (fahrenheit) à la pression constante d’une atmosphère.
1 BTU vaut 1 055,06 joules.
Il existe également le British Thermal Unit par heure (également appelé le British Thermal Unit per hour, dans les deux cas symbolisé par BTU/h) qui représente la puissance d’un système délivrant ou consommant une BTU en une heure (pour 1 BTU/h).
Un watt vaut environ 3,412 14 BTU/h.
Cette unité est souvent utilisée pour décrire la quantité de chaleur par unité de temps (puissance) pouvant être dégagée par un appareil chauffant comme une chaudière, ou réfrigérant comme une climatisation par exemple.
Tableau de conversion des unités de mesure de l’énergie
| MWh | Conversion | Notation scientifique |
|---|---|---|
| 1 Wh | 36 000 000 000 Joule (J) | 3,6×10^9 Joule (J) |
| 1 Wh | 1 000 000 Watt-heure (Wh) | 1,0×10^6 Watt-heure (Wh) |
| 1 Wh | 1 000 Kilowatt-heure (kWh) | – |
| 1 Wh | 0,0859845 Tonne d’équivalent pétrole (tep) | – |
| 1 Wh | 0.12283503255128 Tonne d’équivalent charbon (tec) | |
| 1 Wh | 859 845 227,858 99 calorie (cal) | 8,598 452 ×10^8 calorie (cal) |
| 1 Wh | 22 469 422 907 138 000 000 000 000 000 Électron Volt (eV) | 2,246 942 290 713 8×10^28 Électron Volt (eV) |
| 1 Wh | 3 412 141,633 127 9 British Thermal Unit (BTU) | 3,412 142 ×10^6 British Thermal Unit (BTU) |
Différence entre énergie et puissance
Face à la multitude d’unités de mesure et de conversion, il arrive régulièrement de confondre puissance et énergie. Il s’agit pourtant bien de deux grandeurs différentes.
La puissance est la variation (que ce soit par production ou consommation) d’énergie au cours d’une durée. Il s’agit d’un débit d’énergie. On peut par exemple comparer le lien entre énergie et puissance au lien entre distance et vitesse : la vitesse (puissance) est la variation de la distance (l’énergie) pendant un certain temps.
Vitesse = distance parcourue / durée
Puissance = énergie (variation) / durée
L’unité de référence de l’énergie étant le joule (J), celle du temps la seconde (s), on obtient une unité de puissance en joules par secondes (J/s) qu’on appelle le watt (W).
Puissance = énergie (variation) / durée
Watt = Joules / secondes
En toute logique mathématique, on pourra donc également exprimer la relation entre puissance et énergie de la manière suivante :
Énergie = puissance x durée
Sur une facture d’énergie, l’abonnement (part fixe de la facture) est généralement lié à la puissance souscrite, car c’est elle qui détermine les besoins en infrastructures du réseau. La part variable quant à elle est liée à la consommation énergétique mesurée (avec un prix par kilowattheure).