Mesures de la puissance et de l'énergie électrique
Objectif
On présente ici les différentes façons de mesurer la puissance et l'énergie électrique des appareils électroménagers.
Contexte
Dans le cas d'appareillages électriques, l'énergie consommée est calculée à partir de la puissance électrique (lien vers fiche Mesures énergétiques).
Pour mesurer l'énergie électrique E consommée par un appareil électrique, il « suffit » donc de mesurer la puissance électrique et de la multiplier par la durée d'utilisation T:
E = P.T
Dans le cas où la puissance varie en fonction du temps, la relation précédente devient :
Rappel :
Dans le Système International d'unités (SI), la puissance s'exprime en Watts (W), le temps en secondes (s) et l'énergie en Joules (J).
Pour obtenir l'énergie en Wattheures (Wh), il suffit d'exprimer la puissance en Watts et le temps en heures ; par ailleurs, on a 1 kWh = 1000 Wh.
Repères
Mesure de la puissance électrique
La meilleure façon de mesurer la puissance instantanée est d'utiliser un wattmètre. Il s'agit d'un appareil de mesure comportant quatre bornes : deux bornes de tension qui doivent être branchées comme un voltmètre (en dérivation) et deux bornes « courant » branchées comme un ampèremètre (en série). Il existe des wattmètres analogiques et numériques
Le plus courant des wattmètres analogiques est le wattmètre électrodynamique dont on trouvera la description et le principe de fonctionnement ici
Il y a deux montages possibles des circuits tension et courant du wattmètre : le montage AMONT (longue dérivation) et le montage AVAL (courte dérivation). Le montage AMONT est préférable pour les fortes puissances (en électrotechnique), et le montage AVAL pour les faibles puissances.
Attention :
Pour la mesure de la consommation électrique des appareils électroménagers les plus courants, on montera le wattmètre en courte dérivation.
Remarque :
Il existe des wattmètres numériques dont l'utilisation est voisine de celle des wattmètres électrodynamiques, et qui présentent plusieurs avantages sur ces derniers :
facilité de connexion ;
précision ;
gamme étendue (possibilité de mesurer des puissances de quelques watts seulement) ;
réglage automatique des calibres tension et courant ;
polyvalence (possibilité de mesurer également l'intensité du courant, la tension, etc.).
Mesure de l'énergie électrique
Pour mesurer l'énergie électrique consommée par une installation, on utilise un compteur d'énergie. Ce type de compteur est généralement adapté à une installation complète et non pas à un appareillage spécifique.
Méthodologie
Consommation "théorique"
La consommation « théorique » d'un appareil peut être calculée comme le produit de la puissance nominale de l'appareil considéré par le temps d'utilisation. La puissance nominale est une donnée fabricant et doit être communiquée au consommateur.
Exemple :
La cafetière choisie pour l'étude de cas dans le cadre de la présente ressource a une puissance nominale de 900 W.
Cette façon de calculer est peu fiable du fait de la variation de la puissance dans le temps et/ou selon l'utilisation qui est faite.
Exemple :
Un lave-linge n'utilisera pas la même puissance selon le cycle de lavage choisi ou suivant qu'il est en mode chauffage ou essorage, etc.
Cette méthode est peu précise aussi, notamment parce que la puissance indiquée sur « l'étiquette » d'un appareil électroménager est généralement indicative.
Étiquette énergie
Une autre façon d'obtenir la consommation énergétique d'un appareil est de considérer les données fournies par le fabricant qui évalue la consommation électrique sur des cycles définies par des normes (cas des lave-linges, lave-vaisselles, réfrigérateurs, etc.) et la fait figurer sur une étiquette énergie réglementée qui non seulement indique la consommation sur une période donnée, mais la représente sous la forme d'une lettre que le consommateur peut immédiatement comprendre.
Cette étiquette énergie sert aussi à la communication environnementale (voir fiche "mercatique")
Cette étiquette énergie est intéressante pour l'acheteur mais la consommation réelle différera de celle indiquée pour au moins deux raisons :
l'utilisation qui est faite de l'appareil diffère forcément de l'usage « réglementaire »
la consommation réelle dépend d'autres facteurs comme l'usure, les conditions d'utilisation, etc.
Exemple :
La consommation d'un réfrigérateur dépend notamment de l'endroit où il se trouve (pièce chaude ou froide...), de son taux de remplissage, de l'entretien (présence de givre ou pas).
Mesure de la consommation électrique réelle
Il est courant de constater que la consommation réelle diffère assez sensiblement de la consommation « théorique ».
Pour mesurer la consommation électrique réelle d'un appareil électroménager, il est conseillé d'utiliser un appareillage spécifique. Ce sont en fait de petits wattmètres qui offrent en plus des fonctions supplémentaires en termes de mesure :
Tension et courant d'alimentation ;
Fréquence du courant alternatif ;
puissance maximale appelée ;
puissance instantanée apparente ;
puissance consommée ;
facteur de puissance et/ou déphasage ;
énergie électrique consommée ;
coût lié à la consommation électrique ;
etc.
NB : dans le cas présent, le tarif n'a pas été renseigné, d'où un coût artificiellement égal à zéro
Remarque :
Les appareillages décrits ici sont peu onéreux. On peut évidemment utiliser des appareils de mesures plus sophistiqués, et même « connectés » afin de suivre en direct les consommations et d'être en mesure d'analyser les résultats.
