Comment mesurer l'énergie électrique : un guide complet
Qu'est-ce que l'énergie électrique?
L'énergie électrique est définie comme le produit de la puissance électrique et du temps, et elle est mesurée en joules (J). Un joule d'énergie électrique est équivalent à un watt de puissance consommé pendant une seconde. Mathématiquement, on peut écrire:
E=P×t
où,
E est l'énergie électrique en joules (J)
P est la puissance électrique en watts (W)
t est le temps en secondes (s)
L'énergie et la puissance électriques sont des concepts étroitement liés. La puissance électrique est la quantité de courant électrique qui circule dans un circuit en raison d'une certaine différence de tension à travers celui-ci. La puissance électrique est également le taux auquel l'énergie électrique est délivrée ou consommée par un appareil ou un système. La puissance électrique est mesurée en watts (W), qui sont équivalents à des joules par seconde (J/s). Mathématiquement, on peut écrire:
P=V×I
où,
P est la puissance électrique en watts (W)
V est la différence de tension en volts (V)
I est le courant électrique en ampères (A)
Pour mesurer l'énergie électrique, nous devons connaître à la fois la puissance électrique et la durée pendant laquelle elle est appliquée ou consommée. Par exemple, si une ampoule de 100 W est allumée pendant 10 minutes, alors l'énergie électrique consommée par celle-ci est:
E=P×t=100 W×10×60 s=60,000 J
Unités d'énergie électrique
Le joule est l'unité standard d'énergie dans le Système international d'unités (SI), mais il est trop petit pour des usages pratiques lorsqu'il s'agit de grandes quantités d'énergie électrique. Par conséquent, d'autres unités sont couramment utilisées pour mesurer l'énergie électrique, telles que le wattheure (Wh), le kilowattheure (kWh), le mégawattheure (MWh) et le gigawattheure (GWh). Ces unités sont dérivées de la multiplication de l'unité de puissance (watt) par l'unité de temps (heure).
Wattheure (Wh) est la quantité d'énergie électrique consommée par un appareil ou un système qui consomme un watt de puissance pendant une heure. Il montre combien de puissance est consommée sur une période de temps. Un wattheure est équivalent à 3 600 joules. Par exemple, une ampoule LED de 15 W consomme 15 Wh d'énergie électrique en une heure.
Kilowattheure (kWh) est une unité plus grande d'énergie électrique qui est couramment utilisée pour les appareils ménagers et les factures d'électricité. Un kilowattheure est égal à 1 000 wattheures ou 3,6 mégajoules. Par exemple, un réfrigérateur qui consomme 300 W de puissance consomme 300 Wh ou 0,3 kWh d'énergie électrique en une heure.
Mégawattheure (MWh) est une unité d'énergie électrique qui est généralement utilisée pour mesurer la production ou la consommation de grandes centrales électriques ou de réseaux. Un mégawattheure est égal à 1 000 kilowattheures ou 3,6 gigajoules. Par exemple, une centrale thermique au charbon ayant une capacité de 600 MW produit 600 MWh d'énergie électrique en une heure.
Gigawattheure (GWh) est une unité d'énergie électrique utilisée pour mesurer de très grandes quantités de production ou de consommation d'électricité sur de longues périodes. Un gigawattheure est égal à 1 000 mégawattheures ou 3,6 térajoules. Par exemple, la consommation totale d'électricité aux États-Unis en 2019 était d'environ 3 800 TWh ou 3,8 millions de GWh.
Le tableau suivant résume les unités d'énergie électrique et leurs conversions:
| Unité | Symbole | Équivalent à |
|---|---|---|
| Joule | J | 1 J |
| Wattheure | Wh | 3 600 J |
| Kilowattheure | kWh | 3,6 MJ |
| Mégawattheure | MWh | 3,6 GJ |
| Gigawattheure | GWh | 3,6 TJ |
Comment mesurer l'énergie électrique avec un compteur
Pour mesurer l'énergie électrique, nous avons besoin d'un appareil capable d'enregistrer la puissance électrique et la durée pendant laquelle elle est appliquée ou consommée. Un tel appareil est appelé un compteur d'énergie électrique ou simplement un compteur d'énergie. Un compteur d'énergie est un appareil qui mesure la quantité d'énergie électrique consommée par un logement, une entreprise ou un appareil alimenté électriquement. Il mesure la puissance totale consommée sur une période de temps et est calibré en unités de facturation, la plus courante étant le kilowattheure (kWh). Les compteurs d'énergie sont utilisés dans les circuits domestiques et industriels alternatifs pour mesurer la consommation d'énergie.
Il existe différents types de compteurs d'énergie, selon la technologie, la conception et l'application. Voici quelques-uns des types courants:
Compteurs électromécaniques: Ce sont les compteurs traditionnels qui utilisent un disque métallique rotatif et un électroaimant pour mesurer la puissance électrique et l'enregistrer sur une série de cadrans ou un compteur mécanique. Ils sont également connus sous le nom de compteurs à induction ou compteurs Ferraris. Ils sont simples, robustes et précis, mais ils ont certains inconvénients, tels que l'usure mécanique, la sensibilité aux manipulations et aux interférences magnétiques, et l'incapacité à mesurer la puissance réactive ou la qualité de l'énergie.
Compteurs électroniques: Ce sont les compteurs modernes qui utilisent des circuits électroniques et des capteurs pour mesurer la puissance électrique et l'afficher sur un écran numérique ou la transmettre à un système distant. Ils sont également connus sous le nom de compteurs à semi-conducteurs ou compteurs numériques. Ils offrent de nombreux avantages par rapport aux compteurs électromécaniques, tels qu'une plus grande précision, moins d'entretien, la lecture et la communication à distance, plusieurs options de tarification, et des fonctionnalités avancées telles que la réponse à la demande, le profilage de charge et l'analyse de la qualité de l'énergie.
Compteurs intelligents: Ce sont des compteurs avancés qui utilisent la technologie numérique et la communication sans fil pour mesurer la puissance électrique et l'envoyer à un système central ou à un réseau de smart grid. Ils sont également connus sous le nom d'infrastructure de comptage avancé (AMI) ou de systèmes de comptage intelligent (IMS). Ils offrent de nombreux avantages par rapport aux compteurs électroniques, tels que la collecte et l'analyse de données en temps réel, la tarification et la facturation dynamiques, la détection et la restauration des pannes, la gestion du côté de la demande, et l'engagement des clients.
Le principe de base de la mesure de l'énergie électrique avec un compteur consiste à multiplier la puissance électrique par la durée pendant laquelle elle est appliquée ou consommée. Cependant, en fonction du type de compteur et du type de charge, il existe différentes façons de calculer la puissance électrique. Voici quelques-unes des méthodes courantes:
