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L'énergie expliqué - watts, joules et calories (conversion)

Écrit le 18 février 2010 | modifié le 29 octobre 2018

L’énergie (W), c’est une Puissance (P) appliquée pendant un temps déterminé.

Prenons un exemple concret :

Une jerricane d’essence peut brûler instantanément (explosion) ou pendant des heures (combustion). La valeur de son énergie est elle la même?

La réponse est oui car en explosant (mettons 1/10 de seconde), nous aurons P1=W/0,1.

Par contre, en se consumant pendant des heures (mettons 10 heures), nous aurons P2=W/(36000).

Nous avons P2 très petit devant P1, mais avec une même énergie à la base (la quantité d’essence).

L’énergie (W) peut être exprimée selon au moins 3 unités différentes.

  • La calorie (cal),
  • Le Joule (J),
  • Le Watt seconde (Ws) ou Watt heure (Wh).
  • Une calorie, c’est la quantité l’énergie nécessaire pour élever d’un degré Celcius un gramme d’eau.
  • Un Joule, c’est 1 Watt durant 1 seconde.
  • La calorie, le Joule ou les Ws sont donc des expressions différentes de l’énergie, mais ces expressions disent la même chose.

Cependant, le Système International d’Unités (SIU) a retenu le Joule, le Ws et le kWh comme unités standards.

Ainsi :
1J=1W/s=0,239cal
1kWh=3600000W/s=3600000J=860,4kcal

Application pratique :

Quelle énergie faut il pour élever 100 litres d’eau en partant d’une température de 15°C pour l’amener à 55°C.

  • La différence de température étant de 40°C ou 40K (Kelvins),
  • W1 (exprimé en calories) = 40x100x1000=4000000cal ou 4000kcal
  • W2 (exprimé en Joules)=4000kcal/0,239= 16736401J ou 16736,4kJ
  • W3 (exprimé en Wh)=4649Wh.

Ainsi, un ballon électrique devant chauffer 100litres d’eau de 40°C et équipé d’une résistance chauffante de 1000W devra fonctionner durant 4h et 36 minutes.
Le même ballon, équipé d’une résistance chauffante de 1500W devra fonctionner pendant seulement 3 heures.

Il existe une formule raccourcie, en partant du volume et de la différence de température :
Si nous divisons W3 par W1, nous obtenons un coefficient de 1,16. Ainsi : 100 litres d’eau (mille grammes) x 40 (DT) x 1,16 = 4,6kWh.

A l’inverse, si nous savons que la température stabilisée de départ (mettons en début de journée, d’un préparateur d’ECS (Eau chaude Sanitaire) solaire est de 20°C et qu’en fin de journée, la température stabilisée est de 40°C nous avons un DT de 20°C. Mettons que ce préparateur ait une contenance de 300 litres. Nous savons maintenant que l’énergie solaire récupérée est de : W= 300x20x1,16 = 7kWh.

Les fournisseurs d’Energies, et au premier plan EDF et GDF, expriment l’énergie consommée par le particulier en kWh.

Pour l’électricité : W=Pt et P=U.I.Cos Phi. Le cos Phi étant, pour le particulier, autour de 1, nous le supprimons de notre formule. Nous avons donc :
W=Pt=U x I x temps (heures) Un convecteur électrique de 750W consommant donc 3 Ampères sous 230V pendant 5 heures aura dégagé 3,75kWh. Avec un prix moyen constaté de 0,12 euro TTC / kWh

Pour le gaz : Là encore W=Pt.
Mais la consommation de gaz étant exprimée en mètres cube, GDF a donc un facteur de conversion tout prêt : W=11,24 V
Ainsi 1000m3 de gaz produisent 11240kWh.
Avec un prix moyen constaté de 0,04 euro TTC / kWh.

Mais ce type de calcul peut être fait pour tous les autres types d’énergies, sachant les volumes et les énergies dégagées.

Ainsi,
- 1 litre de fioul produit environ 10kWh d’énergie. 1litre de fioul, au 01/01/2007 coûte 0,70 euros TTC ;
- 1 kg de bois en bûche produit environ 3,5kWh d’énergie (dépendant des essences de bois et de l’humidité résiduelle). 1 stère de bois, au 01/01/2007, coûte entre 50 et 60 euros TTC;
- 1 kg de granulé de bois produit environ 5kWh d’énergie (dépendant des essences de bois et du taux de compression à la fabrication ainsi que de l’humidité résiduelle). 1 kg de granulés de bois coûte, au 01/01/2007, 0,30 euros TTC ;

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