Énergie électrique et kilowattheure

Un radiateur de 2 000 W allumé une heure et un chargeur de 10 W branché toute la journée ne coûtent pas du tout la même chose. Ce que facture le fournisseur d’électricité n’est pas la puissance des appareils, mais l'énergie qu’ils consomment, qui dépend aussi de la durée d’utilisation. Le calcul tient en une formule, au programme de 3e en France : E = P × t. La difficulté tient surtout aux unités.

La formule

La puissance P indique la vitesse à laquelle l’appareil convertit l’énergie ; pour un appareil fonctionnant sous une tension U et traversé par une intensité I, P = U × I. On peut donc aussi écrire E = U × I × t.

Joule, wattheure, kilowattheure

Le joule est l’unité d’énergie du Système international, mais il est très petit à l’échelle d’une maison. On utilise donc le wattheure et surtout le kilowattheure.

Consommation des appareils courants

Les puissances varient selon les modèles ; les valeurs ci-dessous sont des ordres de grandeur.

On voit qu’un appareil de faible puissance allumé en permanence (box, veille) peut consommer autant qu’un appareil puissant utilisé brièvement.

Calculer le coût

Coût = E (en kWh) × prix du kWh

Le prix réel du kWh dépend du pays, du fournisseur, de l’offre et de l’heure (heures creuses) ; il faut s’y référer sur la facture.

Lire un compteur

Le compteur électrique affiche un index en kWh, qui augmente en permanence. L’énergie consommée sur une période est la différence entre deux relevés.

Expérience classique : la bouilloire

Matériel : une bouilloire, un wattmètre-compteur à brancher sur la prise (ou la puissance indiquée sur la plaque signalétique), un chronomètre, un verre doseur.

1. Relever la puissance de la bouilloire (par exemple 2 000 W).
2. Faire chauffer 1 L d’eau et mesurer la durée jusqu’à l’ébullition (par exemple 3 min 30 s).
3. Calculer E = 2 000 × 210 = 420 000 J, soit environ 0,12 kWh.
4. Comparer à l’énergie théoriquement nécessaire pour chauffer 1 kg d’eau de 20 °C à 100 °C : 4 180 × 1 × 80 ≈ 334 000 J (voir capacité thermique massique). L’écart correspond aux pertes, d’où un rendement d’environ 80 %.

Erreurs fréquentes

• Confondre puissance (W) et énergie (kWh) : le « kW » est une puissance, le « kWh » une énergie. Le « kW/h » n’existe pas dans ce sens.
• Mélanger les unités : W avec heures donne des Wh ; W avec secondes donne des joules ; kW avec heures donne des kWh.
• Oublier de convertir les minutes : 15 min = 0,25 h, pas 0,15 h.
• Croire qu’un appareil puissant consomme forcément plus : tout dépend de la durée.

Exercice corrigé

Énoncé. Un sèche-cheveux de 1 800 W est utilisé 10 minutes par jour. 1) Calculer l’énergie consommée en un jour, en Wh puis en joules. 2) Calculer la consommation annuelle en kWh. 3) Calculer le coût annuel pour un prix de 0,20 € le kWh.

Corrigé.

1. t = 10 / 60 h ≈ 0,167 h ; E = 1 800 × 10/60 = 300 Wh. En joules : 1 800 × 600 = 1 080 000 J, soit environ 1,08 MJ.
2. 300 Wh × 365 = 109 500 Wh ≈ 110 kWh.
3. 110 × 0,20 ≈ 22 € par an.

Questions fréquentes

Pourquoi les factures utilisent-elles le kWh et pas le joule ?

Parce que le kWh correspond à des valeurs pratiques : une famille consomme quelques milliers de kWh par an, soit des dizaines de milliards de joules, nombres peu lisibles.

Un appareil en veille consomme-t-il vraiment ?

Oui, de quelques dixièmes de watt à plusieurs watts selon les appareils. Sur une année entière, l’ensemble des veilles d’un logement peut représenter plusieurs dizaines de kWh, voire davantage.

Quelle est la différence entre kWh et kW crête ?

Le kilowatt-crête (kWc) désigne la puissance maximale d’un panneau solaire dans des conditions normalisées ; le kWh mesure l’énergie qu’il produit réellement sur une durée.